摘?要：本文分析了目前OLED在便攜式設(shè)備中的功耗問題以及采用Intersil的ISL97702器件是如何幫助采用OLED顯示器的便攜式電子設(shè)備系統(tǒng)延長工作時間,。?
關(guān)鍵詞：OLED、軟啟動,、ISL97702
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OLED簡介
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作為一項新興技術(shù),，有機(jī)發(fā)光二極管顯示器OLED將給顯示器行業(yè)帶來革命性的變革。OLED采用的有機(jī)材料,，在通電時會發(fā)光,。與現(xiàn)有的 LCD （液晶顯示器）技術(shù)相比，OLED具有一系列優(yōu)點,。其中之一是易于制造,，最終可形成成本更低的顯示器。OLED在性能方面的優(yōu)勢包括更快的響應(yīng)時間,、更寬的視角,、更低的功耗以及亮度/對比度更高的圖像。OLED最突出的優(yōu)勢在于,，它采用自發(fā)光技術(shù),，因而不需要背光。這不僅可以節(jié)省功耗,，而且還可以讓開發(fā)人員設(shè)計出厚度僅為1毫米的顯示器,。?
與LCD顯示器類似，OLED顯示器也有無源矩陣和有源矩陣兩種配置,。采用無源矩陣時,，顯示器被連接成為二極管柵格，每個二極管單獨(dú)構(gòu)成一個OLED像素?？梢允褂猛獠框?qū)動電路一次點亮一行柵格。相反,，有源矩陣顯示器內(nèi)含晶體管,，像素可以連續(xù)被點亮。但與LCD 不同的是,，OLED采用電流驅(qū)動,，這會增加有源矩陣設(shè)計的復(fù)雜程度，因此目前絕大多數(shù)OLED采用無源矩陣產(chǎn)品,。這些PMOLED（無源矩陣OLED）可用于眾多產(chǎn)品,，包括移動電話、汽車立體聲音響,、MP3播放器和其他消費(fèi)類產(chǎn)品,。?
OLED顯示器的供電?
目前，由于OLED顯示器被廣泛應(yīng)用于便攜式產(chǎn)品,，因此其功耗特別重要,。電源IC必須能以最高的效率工作，并盡可能降低功耗,，以盡可能延長電池的工作時間,，特別是在顯示器不工作的時候。?
OLED顯示器的功率需求與一系列因素有關(guān),。由于顯示器采用電流驅(qū)動,，所以要求的峰值電流取決于同一時間需要點亮的像素的數(shù)量，以及驅(qū)動他們所需的最大電流值,。顯示器驅(qū)動電子也會消耗部分電流,。顯示器所需的電壓取決于二極管的正向壓降、顯示器內(nèi)部互連（往往呈現(xiàn)阻性）的壓降以及顯示器驅(qū)動器所需的壓降,。（見圖1）
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本例中,，所需的最大電壓可用以下公式計算：?
?????? VIN=Vdiode + Idiode x (Rcol + Rrow) + VCD + VRD.???? （公式1）?
其中：?
?????? Vdiode為二極管的正向壓降?
?????? Idiode為流經(jīng)二極管的電流?
?????? Rcol為列連接的電阻?
?????? Rrow為行導(dǎo)體的電阻 ?
?????? VCD為列驅(qū)動器所需的開銷?
?????? VRD為行驅(qū)動器所需的開銷?
在典型應(yīng)用中，VIN大約為20V,。?
峰值電流可用如下公式計算：?
?????? Idiode x Xpixels + ICD + IRD?? （公式2）
其中：?
?????? Idiode為流經(jīng)二極管的電流?
?????? Xpixels為一次點亮的像素的數(shù)量?
?????? ICD為供給列驅(qū)動器的電流?
?????? IRD為供給行驅(qū)動器的電流?
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便攜式顯示器的節(jié)能?
對于帶LCD顯示器的便攜設(shè)備,，如果一段時間不工作，常見的做法是關(guān)掉背光,，幾秒鐘后再把顯示器完全斷電,。而OLED顯示器中沒有背光燈，因此一段時間不工作后通常屏幕就會暗下來,，再過一段時間就會斷電,。從公式1可以看出，如果顯示器中的電流減小，所需的最大電壓也隨之降低,。在電源電壓恒定的典型應(yīng)用中,，列驅(qū)動器的電壓會下降，從而產(chǎn)生了額外的功耗和能源浪費(fèi),。通過降低供電電壓,，能量就不再被消耗到列驅(qū)動器中，系統(tǒng)的效率也就得到了提高,。?
OLED電源IC?
現(xiàn)在,，一些專門為便攜式應(yīng)用中的PMOLED顯示器供電的新器件正陸續(xù)上市。適合這類應(yīng)用的理想器件應(yīng)該具有一個非常高效的升壓轉(zhuǎn)換器,，能夠在便攜式應(yīng)用中的電池電壓下工作,，或者在器件中的預(yù)整流供電下工作。輸出負(fù)載斷開和低待機(jī)電流等功能,，對減少顯示屏不被照明時電池的漏電有很重要的作用,。理想的器件還必須具有外接元件少和封裝尺寸小等特性，以盡量縮小用于當(dāng)今小型手持設(shè)備的顯示器的尺寸,。Intersil公司生產(chǎn)的ISL97702中所采用的復(fù)合控制方案,，就是可以滿足上述應(yīng)用要求的先進(jìn)電源IC的杰出代表。此類器件的典型電路如圖2 所示,。?
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圖中文字：?
OSCILLATOR & CONTROL：振蕩器與控制?
BOOST WITH DUAL REFERENCE：雙參考升壓
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升壓轉(zhuǎn)換器?
升壓電路應(yīng)可在2.4V到5.5V的電壓范圍內(nèi)工作,，這一范圍覆蓋了所有鋰離子電池的輸入電壓范圍，并且還能在預(yù)整流的3V或5V軌下工作,。此類應(yīng)用所需的輸出電壓范圍是12V至25V,。最佳的電源IC設(shè)計還將整合升壓FET和肖特基二極管，從而減少對外部元件的需求,。例如,，ISL97702中就集成了1.2A FET，支持最高達(dá)28V的輸出電壓,，且效率最高可達(dá)90%,。?
為使升壓電路達(dá)到最佳工作狀態(tài)，選擇合適的元件非常重要,，主要包括電感和輸出電容,，因為它們將影響到升壓控制環(huán)路的穩(wěn)定性。一些升壓轉(zhuǎn)換器采用的外部補(bǔ)償電路同樣需要合理選擇補(bǔ)償元件,。舉例來說,，ISL97702帶有內(nèi)部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。這種設(shè)計要求電感和電容值在一定范圍內(nèi),。數(shù)據(jù)手冊中所附的參數(shù)表一般可以幫助設(shè)計者選擇所需的元件,。電感值也會影響電感的尺寸大小,。ISL97702可與低至3.3μH的電感一起，來實現(xiàn)小器件尺寸,。但是,，較低的電感值可能導(dǎo)致器件工作不連續(xù)，從而增加輸出紋波,。因此最好選擇能保持連續(xù)工作模式的電感值,，同時，選擇的電感還必須能夠處理應(yīng)用要求的峰值和平均電流,。這些值可根據(jù)如下公式計算：
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其中：?
?????? DIL 是電感電流的紋波峰峰值，單位為 A?
?????? L是電感值,，單位為H?
?????? fOSC是開關(guān)頻率?
輸出電容的選擇原則是確保升壓環(huán)路的穩(wěn)定工作,。輸出電容的電容越高，輸出電壓的紋波就越小,。具體選擇時需要在紋波和元件數(shù)量/成本之間做出折衷,。?
輸入端電容用于將輸入電流和經(jīng)過電阻的開關(guān)電流隔離。在本例中,，推薦使用容值為10μF至15μF的電容,。?
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雙輸出電壓的選擇?
如上所述，當(dāng)OLED在暗淡模式下工作時,，可以通過降低輸出電壓來顯著地節(jié)省功耗,。因此為OLED電源選擇的最佳電源IC應(yīng)包含能夠提供這一功能的電路。使用兩條獨(dú)立的,、以一個簡單的邏輯輸入信號進(jìn)行選擇的反饋電路,，就可以實現(xiàn)這一功能。通過這種簡單的方式,，可以支持PMOLED顯示器所采用的亮→暗→關(guān)節(jié)能技術(shù),。?
輸出電壓由連接在輸出引腳和反饋參考引腳間的分壓電阻進(jìn)行設(shè)置。反饋電壓與內(nèi)部設(shè)置的參考電壓比較后用于控制輸出電壓,。輸出電壓的精度取決于反饋參考的精度和反饋網(wǎng)絡(luò)中使用的電阻值,。?
以ISL97702為例，其反饋電壓被設(shè)定為1.15V ±2%,。當(dāng)選擇引腳（SEL）被設(shè)定為低電平時,，反饋引腳FB0就與參考電壓進(jìn)行比較，同時引腳FB1接地,，用以提供反饋地參考,。當(dāng)引腳SEL為高電平時，引腳FB1被用作參考,，引腳FB0接地,。輸出電壓根據(jù)公式3計算：?
公式3：當(dāng)SEL = 0時,，Vout? = (R1 + R2) / R2 * Vfb?
?????? 當(dāng)SEL = 1時，Vout = (R1 + R3) / R3 * Vfb?
故障檢測?
為保護(hù)IC和外部元件,，集成眾多保護(hù)電路也非常重要,。這些功能應(yīng)包括： ?
欠壓閉鎖功能，確保器件只在輸入電壓大于正確操作所需的最小電壓時才工作,；?
過流保護(hù)功能,，監(jiān)測開關(guān)電流，并將其限制在器件允許的最大電流范圍內(nèi),；?
過壓閉鎖功能,，當(dāng)輸出電壓超過器件允許的最大電壓時，設(shè)備工作停止,；?
過溫保護(hù)功能,，當(dāng)晶片溫度超過預(yù)設(shè)最大值時關(guān)閉器件。?
時鐘同步
在便攜設(shè)備中,，時鐘噪聲和交叉串?dāng)_是兩個需要特別注意的問題,。將開關(guān)設(shè)備與外部時鐘同步從而將所有時鐘鎖定于單一頻率，有助于產(chǎn)品設(shè)計師減輕這些問題,。對于那些不需要考慮這些噪聲的應(yīng)用,，電源也應(yīng)能自同步。在1MHz范圍內(nèi)的高時鐘頻率可提供最佳的效率,，也有助于減小器件尺寸,。例如，ISL97702的自同步頻率為1MHz,，但只需將時鐘連接到同步輸入引腳上,，就可以方便地將其與頻率界于600kHz 和1.4MHz之間的外部時鐘同步。?
軟啟動控制?
電源IC第一次開始工作時,，需要向系統(tǒng)中的電容充電,，由此產(chǎn)生的電流需求會顯著提高輸入電流。如果該電流太大,，電池電壓就會下降,，從而導(dǎo)致系統(tǒng)中的器件進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，或運(yùn)行不穩(wěn)定,。為克服這一問題,，可以采用軟啟動機(jī)制來限制啟動電流，使電源IC中的電流逐漸上升,，直至達(dá)到滿電流負(fù)荷,。這種機(jī)制通常用于當(dāng)今的許多升壓轉(zhuǎn)換器中。?
輸入電壓斷開?
升壓電路的輸入端上的集成式斷開開關(guān),，有利于進(jìn)一步延長電池的工作時間,。當(dāng)設(shè)備被禁用時,，該開關(guān)會斷開OLED顯示器、驅(qū)動電路和反饋網(wǎng)絡(luò),，因而不會產(chǎn)生漏電流,。在這種關(guān)機(jī)模式下，內(nèi)部IC的功耗也應(yīng)會降至最小,。?
當(dāng)設(shè)備被啟用并且負(fù)載與輸入連接時,，就會形成從輸入到輸出的直流通路，并在輸出電容充電時產(chǎn)生大的電流尖峰,。ISL97702斷開開關(guān)也具備軟啟動模式,，可以限制輸出電容充電時的電流，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了其他直流/直流轉(zhuǎn)換器中常用的軟啟動方案的功能,。?
ISL97702的軟啟動操作如圖3所示,。在A時間段，流經(jīng)斷開開關(guān)的電流受到限制,，以降低負(fù)載電容充電時產(chǎn)生的浪涌電流。在B時間段,，升壓轉(zhuǎn)換器啟動,，電流限制被設(shè)定為25%。在C時間段,，電流限制被設(shè)定為50%,。在D時間段，電流限制被設(shè)定為75%,。在E時間段,，電流限制被設(shè)定為100%。?
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結(jié)論
由于供應(yīng)商提供的功能越來越多,，且用戶要求的電池使用時間越來越長,，手持設(shè)備的電源已變得越來越重要。OLED顯示器只是提出特殊的電源IC和新增功能要求的眾多新技術(shù)之一,。為滿足這些需求,，很多新型IC正在開發(fā)之中，ISL97702正是此類產(chǎn)品的代表之一,。?
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