基于MAX8570的OLED升壓變壓器電源偏置電路設(shè)計(jì)

OLED（有極發(fā)光二極管），也稱為OEL（有機(jī)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(jiǎn)單等特點(diǎn)，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(dòng)電話、個(gè)人助理（PDA）、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域中，OLED得到了廣泛的應(yīng)用，但是OLED對(duì)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(jì)先進(jìn)、功能完善、而且外圍電路簡(jiǎn)單、使用非常靈活、是目前設(shè)計(jì)OLED電源偏置電路的一種理想器件。

MAX8570變換器的特點(diǎn)及工作原理

MAX8570變換器的特點(diǎn)

MAX8570變換器主要特點(diǎn)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(hù)電路集成在一起，從而簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)，降低成本、增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性；

（2）工作頻率高達(dá)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(hù)，能防止輸出電容和負(fù)載損壞；

（5）允許采用鋰電池供電，輸出電壓最高可達(dá)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(shí)，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(shí)，流經(jīng)L1中的電流從零逐漸增大，同時(shí)將電能儲(chǔ)存在L1中，一旦電流達(dá)到極限值，N溝道MOSFET將關(guān)斷，L1中的電流經(jīng)VD1對(duì)負(fù)載供電。該方式中的開關(guān)頻率將隨負(fù)載和電源電壓的大小而變化，最高可達(dá)800kHz。
                       

（2）關(guān)斷（SHDN）

將SHDN引腳拉至低電平，器件將進(jìn)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(shí)，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(fù)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(huì)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(shí)從輸入端吸取的功率。

（3）單獨(dú)給電感供電

該IC與電感可單獨(dú)供電，電感電源電壓范圍為0.8-28V，圖2所示是單獨(dú)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(shí)不再斷開，但關(guān)斷時(shí)，輸出電壓將比電感電源電壓低一個(gè)二極管的壓降。

                                   

（4）軟啟動(dòng)

在使用True shutdownTM功能時(shí)，電路會(huì)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(shí)，內(nèi)部N溝道開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間將從1μs延長(zhǎng)至5μs，以對(duì)浪涌電流進(jìn)行控制。


（5）開路保護(hù)

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

OLED電源偏置電路的設(shè)計(jì)

極限電流值的設(shè)置

設(shè)計(jì)時(shí)，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(fù)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。

輸出電壓設(shè)置
    MAX8570的輸出端與GND之間連接了一個(gè)電阻分壓器，其中間點(diǎn)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(jì)算R1：  
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式中，VFB為1.266V；VOUT的取值在VCC到28V之間，設(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)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(shí)，電感會(huì)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(shí)，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(shí)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(shí)，由輸出電容向負(fù)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(jì)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(xiàng)

MAX8570變換器的印刷線路板在布局時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

（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。

（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(diǎn)到FB引腳的走線最短。反饋信號(hào)要遠(yuǎn)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(duì)外輻射。

主動(dòng)矩陣OLED電源偏置電路設(shè)計(jì)實(shí)例

OLED分為主動(dòng)矩陣（AMOLED）和被動(dòng)矩陣OLED（PMOLED）主動(dòng)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(fù)電壓，采用MAX8570設(shè)計(jì)的OLED電源偏置電路如圖3所示，該電路通過一個(gè)二極管和電容電荷泵可產(chǎn)生負(fù)輸出電壓，其電壓副值比正輸出電壓的副值小一個(gè)正向二極管的壓降，如果正輸出端的負(fù)載很小或空載，則負(fù)輸出電壓會(huì)偏離其額定值，為了避免出現(xiàn)這樣情況，設(shè)計(jì)時(shí)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(diǎn)大大簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)，也為實(shí)現(xiàn)超薄OLED顯示器的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)方法，同時(shí)還對(duì)其PCB板的布局、布線進(jìn)行了分析說明，及OLED電源偏置電路在數(shù)碼相機(jī)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。