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基于MAX8570的OLED電源偏置電路設(shè)計

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作者:廖建興 邵陽學(xué)院 漆江文 湘潭大學(xué) 時間:2008-01-15 來源:電子元器件應(yīng)用 收藏

引言

  (有極發(fā)光二極管),也稱為OEL(有機電致發(fā)光器件)。這種器件具有自發(fā)光、清晰亮麗、輕薄、響應(yīng)速度快、視角寬、低功耗、成本低廉、制造工藝簡單等特點,問世以來一直被視為是繼LCD之后最看好的顯示器。目前,在蜂窩式移動電話、個人助理(PDA)、數(shù)碼相機等領(lǐng)域中,得到了廣泛的應(yīng)用,但是對電源偏置電路的要求非常嚴(yán)格,一般需要效率高、體積小、重量輕的升壓變壓器,這種升壓變壓器還應(yīng)具有良好的電磁兼容性。

  MAX8570是MAXIM公司推出的OLED升壓變壓器專用芯片。它不僅設(shè)計先進、功能完善、而且外圍電路簡單、使用非常靈活、是目前設(shè)計OLED電源偏置電路的一種理想器件。

MAX8570變換器的特點及工作原理

MAX8570變換器的特點

MAX8570變換器主要特點如下:

(1)該芯片將功率MOSFET、節(jié)能電路、控制邏輯電路以及保護電路集成在一起,從而簡化了外圍電路的設(shè)計,降低成本、增強系統(tǒng)的可靠性;

(2)工作頻率高達800kHz,允許使用微型表貼元件;

(3)超低功耗:靜態(tài)電流為25mA,在True shutdownTM模式下,消耗電流低至0.05μA(典型值);

(4)開路保護,能防止輸出電容和負載損壞;

(5)允許采用鋰電池供電,輸出電壓最高可達20V,可滿足OLED電源偏置電路的高電壓要求。

工作原理

(1)控制方式

  圖1所示是MAX8570的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。當(dāng)MAX8570上電時,其芯片內(nèi)部的P溝道MOSFET導(dǎo)通,電源電壓VCC經(jīng)電感L1分成兩路:一路送至內(nèi)部N溝道MOSFET的漏極,另一路經(jīng)VD1向C4充電。當(dāng)N溝道MOSFET導(dǎo)通時,流經(jīng)L1中的電流從零逐漸增大,同時將電能儲存在L1中,一旦電流達到極限值,N溝道MOSFET將關(guān)斷,L1中的電流經(jīng)VD1對負載供電。該方式中的開關(guān)頻率將隨負載和電源電壓的大小而變化,最高可達800kHz。

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(2)關(guān)斷(SHDN)

  將SHDN引腳拉至低電平,器件將進入True shutdownTM模式(關(guān)斷狀態(tài)),在True shutdownTM模式下,電路的消耗電流低至0.05μA,輸出端與輸入端斷開,LX引腳處于高阻狀態(tài),在傳統(tǒng)升壓變換器電路中,變換器在關(guān)斷時,輸出端與輸入端將始終通過電感和續(xù)流二極管連接,以使負載從輸入端吸取一定功率。MAX8570變換器具備真關(guān)斷功能,在True shutdownTM模式下,它會利用一只P溝道MOSFET開關(guān)來斷開輸入端與輸出端,從而消除關(guān)斷時從輸入端吸取的功率。

(3)單獨給電感供電

  該IC與電感可單獨供電,電感電源電壓范圍為0.8-28V,圖2所示是單獨給電感供電的應(yīng)用電路,這種電路結(jié)構(gòu)應(yīng)將SW引腳懸空,使電源直接接電感,此后輸出端與輸入端在關(guān)斷時不再斷開,但關(guān)斷時,輸出電壓將比電感電源電壓低一個二極管的壓降。

(4)軟啟動

  在使用True shutdownTM功能時,電路會緩慢開啟內(nèi)部P溝道開關(guān)的柵極,待完全打開SW后,內(nèi)部N溝道開關(guān)才開始導(dǎo)通,這樣可以避免產(chǎn)生浪涌電流,當(dāng)VFB低于0.5V時,內(nèi)部N溝道開關(guān)的關(guān)斷時間將從1μs延長至5μs,以對浪涌電流進行控制。

(5)開路保護

  當(dāng)上端反饋電阻或外部二極管發(fā)生開路故障時,MAX8570變換器將立即停止開關(guān)動作,以避免輸出電壓過高而損壞輸出濾波電容和負載。

OLED電源偏置電路的設(shè)計

極限電流值的設(shè)置

  設(shè)計時,可根據(jù)下面公式來估算所需要的極限電流值:

  式中,POUT(MAX)為負載最大功率;VBATT(MIN)為最小電源電壓;POUT(MAX)為變換器最高輸出電壓。{{分頁}}

輸出電壓設(shè)置

  MAX8570的輸出端與GND之間連接了一個電阻分壓器,其中間點接FB的分壓比決定了輸出電壓(電壓調(diào)節(jié)范圍為VCC-28V),若R2的取值范圍為10-600KΩ,那么可根據(jù)下式計算R1:

  式中,VFB為1.266V;VOUT的取值在VCC到28V之間,設(shè)計時,為提高輸出電壓的精度,應(yīng)保證流過反饋電阻的最小偏置電流為2μA。

電感的選擇

  電感是升壓變換器的關(guān)鍵元件,其取值大小直接影響著整個電路的正常工作。如果需要追求高效能,最好選擇電感量較小的電感,但MAX8570工作在較低的頻率下時,電感會產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象,從而引起紋波電流增大或損壞電感,故在選擇電感時,需要根據(jù)輸出電流、MAX8570的工作頻率電感的直流電阻、電感的額定電流和紋波電壓等條件來綜合決定,這里推薦電感值的范圍為10-100μH。

二極管的選擇

  二極管的開關(guān)損耗占系統(tǒng)損耗的六分之一到五分之一,是影響升壓變換器效率的主要因素,包括正向?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗,推薦使用具有快速恢復(fù)時間及正向壓降較小的肖特基二極管,其額定電流值應(yīng)大于峰值開關(guān)電流值,反向擊穿電壓應(yīng)大于輸出電壓。常用的肖特基二極管有MBR0520、MBR0530、ZHCS400等。

電容的選擇

  輸出電容既能維持輸出電壓,也能平滑因MOSFET開關(guān)產(chǎn)生的紋波電壓(在N溝道MOSFET導(dǎo)通時,由輸出電容向負載供電)。因此,在保證足夠帶寬的前提下,應(yīng)選擇ESR(串聯(lián)等效電阻)其ESL(串聯(lián)等效電感)較小、耐壓值較高的輸出電容,例如X5R或X7R介質(zhì)材料的陶瓷電容,在大多數(shù)應(yīng)用電路設(shè)計中其容量可取1μF。

  輸入電容主要用于濾除電源中的紋波電壓,建議采用X5R或X7R介質(zhì)材料的陶瓷電容,其電容容量取值可在1-6.8μF之間選擇。

  在MX85701輸出與FB之間增加一只反饋電容,可改善輸出電壓的穩(wěn)定性,推薦使用一只47pF的陶瓷電容。

印刷線路板布局注意事項

  MAX8570變換器的印刷線路板在布局時要注意以下幾點:

(1)輸入電容與輸出電容應(yīng)盡可能靠近芯片的相應(yīng)管腳放置,以減小分布電容和分布電感的影響,提高抑制紋波電壓的能力。{{分頁}}

(2)反饋端的分壓電阻R1、R2應(yīng)靠近芯片放置,以保證分壓點到FB引腳的走線最短。反饋信號要遠離SW到LX支路之間的走線,以防止產(chǎn)生耦合噪聲。

(3)電感應(yīng)盡量接近SW和LX引腳,并確保主回路的走線短而粗,以減小對外輻射。

主動矩陣OLED電源偏置電路設(shè)計實例

  OLED分為主動矩陣(AMOLED)和被動矩陣OLED(PMOLED)主動矩陣OLED電源偏置電路除了向OLED提供正電壓之外,還需要利用反相器提供負電壓,采用MAX8570設(shè)計的OLED電源偏置電路如圖3所示,該電路通過一個二極管和電容電荷泵可產(chǎn)生負輸出電壓,其電壓副值比正輸出電壓的副值小一個正向二極管的壓降,如果正輸出端的負載很小或空載,則負輸出電壓會偏離其額定值,為了避免出現(xiàn)這樣情況,設(shè)計時可選擇阻值較低的反饋電阻(R1和R2)以確保輸出數(shù)百微安的電流。

結(jié)束語

  MAX8570芯片的集成度很高,且不需要外置MOSFET,這些特點大大簡化了外圍電路的設(shè)計,也為實現(xiàn)超薄OLED顯示器的優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)造了有利條件,本文根據(jù)MAX8570芯片的特性和原理設(shè)計了一款OLED電源偏置電路,并給出了OLED電源偏置電路的設(shè)計方法,同時還對其PCB板的布局、布線進行了分析說明,及OLED電源偏置電路在數(shù)碼相機中得到了較好的應(yīng)用,而且變換效率高、性能穩(wěn)定,工作可靠。



關(guān)鍵詞: OLED 有機發(fā)光二極管 OLED

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