如何設(shè)計(jì)更高能效的OLED電源

正是所謂的有機(jī)發(fā)光二極體，其最大特色在于它是自發(fā)光體，因此不需要背光源（ Backlight ）及彩色濾光片（ Color Filter ）等構(gòu)造，因此能夠比 LCD 的厚度更薄。此外，更寬廣的視角、反應(yīng)速度快、低驅(qū)動(dòng)電壓、色彩與對(duì)比也相對(duì)比 LCD 高、理論上可達(dá)到更低耗電以 及制程更簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，讓 OLED 成為繼 LCD 后最被看好的顯示技術(shù)明星。但 OLED 也壽命比 LCD 短的缺點(diǎn)，這是因?yàn)?OLED 是電流驅(qū)動(dòng)的自發(fā)光體，因此其材料與原件的壽命相對(duì)的縮短。

OLED 的電源規(guī)格需求

一般小尺寸的 OLED 的電源，需一組正電壓（ Vdd ）輸出，與一組負(fù)電壓（ Vss ）輸入，而電源的架構(gòu)，可分為數(shù)位相機(jī)與手機(jī)的架構(gòu)兩種。數(shù)位相機(jī)的電源規(guī)格其 Vdd 電壓范圍 為 3V 至 6V ，而 Vss 電壓范圍為 -7V 至 -10V 。手機(jī)的電源規(guī)格其 Vdd 電壓范圍大約為 2.5V ，而 Vss 電壓范圍為 -7V 至 -10V 。而這兩種產(chǎn)品 的輸入電源通常為一顆鋰電池，所以電壓范圍大約為 3V 至 4.2V 。

數(shù)位相機(jī) Vdd 的解決辦法

由于數(shù)位相機(jī)的 Vdd 電壓范圍為 3V 至 6V ，所以 Vdd 電源架構(gòu)應(yīng)該是 Buck/Boost 或是 Boost 的架構(gòu)。如果一時(shí)找不到 Buck/Boost 架構(gòu)的電源輸出，也可利用非常普遍的 Buck 架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)成 Buck/Boost 架構(gòu)。只要利用一組普通的降壓電源控制 IC ，外加一 MOSFET 及一輸出二極體便能設(shè)計(jì)成 Buck/Boost 輸出，如圖 1 所示。這個(gè)穩(wěn)壓器的工作原理是當(dāng) Lx 為高電壓時(shí)，電感電流隨 Vin/L 的斜率而增 加。而 Lx 為低電壓時(shí)，電感電流便隨（ Vout+VD ） /L 的斜率而減少。輸入和輸出的電流為斷續(xù)的方式，它允許輸出電壓比輸入電壓更大或者更小。其輸出 電壓是輸入電壓和周期功率的函數(shù)：
 

以及周期功率算式為：

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圖 1 利用降壓電源 IC 設(shè)計(jì)成升降壓型

從 上述的式子可得知輸出電壓與輸入電壓和周期的關(guān)系，想得到較高或較低的輸出電壓只要控制 1/1-D 的比值大小即可。設(shè)計(jì)者也可以直接使用一組 Buck/Boost 電源 IC ，來(lái)產(chǎn)生所需的電壓輸出，如圖 2 便是一組直接昇降壓的 IC 。其結(jié)合一組升壓轉(zhuǎn)換器與線性穩(wěn)壓器來(lái)提供可升壓也可降壓的電壓轉(zhuǎn) 換器。這個(gè)轉(zhuǎn)換器為輸出電壓以下和超出的輸入提供一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。它可從 1.8V 到 11V 輸入范圍和預(yù)置 3.3V 或者 5V 的輸出。也能夠把這個(gè)輸出電 壓使用兩個(gè)電阻分壓從 1.25V 至 5.5V ，其效率大致上可高達(dá) 85% 。如果需要的輸出電壓是在 3.5V 至 4V 之間，可以用組合的方式來(lái)產(chǎn)生一組升降壓的 輸出，設(shè)計(jì)者只需要一組升壓轉(zhuǎn)換器與一組線性穩(wěn)壓器便行，例如 MAX1606 升壓轉(zhuǎn)換器與 MAX8512 線性穩(wěn)壓器的組合。

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圖 2 升降壓型電源 IC

如 果因?yàn)槌杀镜目剂?，?Charge-Pump 的架構(gòu)正適合低成本的解決方案，其架構(gòu)可省一電感與一輸出二極體，例如 MAX1759 是以 Charge-Pump 方式產(chǎn)生一組可升降壓的輸出電壓。而 Maxim 的獨(dú)特 Change-Pump 架構(gòu)容許輸入電壓可高于或低于輸出電壓。盡管它的工作 頻率高于 1.5MHz ，一樣保持低至 50uA 的靜態(tài)供應(yīng)電流。

有 些設(shè)計(jì)者因?yàn)榭紤]到高效率，而選擇以升壓方式產(chǎn)生一組輸入高于輸出電壓來(lái)提高效率，如圖 3 的升壓架構(gòu)，由于需外加 MOSFET 作切換開(kāi)關(guān)，因此可 提供較大的輸出功率。如果是因?yàn)榭臻g的限制，外加 MOSFET 開(kāi)關(guān)以及輸出二極體就會(huì)成為設(shè)計(jì)者的負(fù)擔(dān)，此時(shí)內(nèi)建 MOSFET 切換開(kāi)關(guān)與輸出二極體的升壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器例如 MAX1722 ，就適合于此應(yīng)用中，不僅省空間、效能好，更能省成本。

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圖 3 升壓型電源轉(zhuǎn)換器

手機(jī) Vdd 的解決辦法

因 此選擇以 Buck 方式提供 Vdd 所需的電壓。如圖 4 便是一組內(nèi)建 MOSFET 切換開(kāi)關(guān)的同步降壓結(jié)構(gòu)的直流轉(zhuǎn)換器，可提供 400mA 的輸出電流。而且工作頻率高達(dá) 1.2MHz ，設(shè)計(jì)者可選用小尺寸的電感，與輸出電容，效率同樣高達(dá) 90% 以上。

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圖 4 降壓型電源轉(zhuǎn)換器

負(fù)電壓 Vss 的解決辦法

介 紹 OLED 的正電壓 Vdd 輸出之后，接著介紹 OLED 的負(fù)電 Vss 輸出。就如同前文所敘述，如果設(shè)計(jì)者臨時(shí)找不到合適的負(fù)電壓輸出電源 IC ，亦可 使用 Buck 架構(gòu)的電源 IC 。如圖 5 以漂浮接地線架構(gòu)來(lái)產(chǎn)生負(fù)電壓 Vss ，其原理為：透過(guò)正常的輸出，連接在供給電壓地線上，迫使轉(zhuǎn)換器的地線穩(wěn)壓而產(chǎn)生 一組負(fù)電壓輸出，如果需要不同的輸出電壓，只要以兩顆電阻跨接輸出電容。