如何設(shè)計更高能效的OLED電源

正是所謂的有機發(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)動電壓、色彩與對比也相對比 LCD 高、理論上可達到更低耗電以 及制程更簡單等優(yōu)勢，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，這是因為 OLED 是電流驅(qū)動的自發(fā)光體，因此其材料與原件的壽命相對的縮短。

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，與一組負電壓（ Vss ）輸入，而電源的架構(gòu)，可分為數(shù)位相機與手機的架構(gòu)兩種。數(shù)位相機的電源規(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 Vdd 的解決辦法

由于數(shù)位相機的 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)來設(shè)計成 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)計成 Buck/Boost 輸出，如圖 1 所示。這個穩(wěn)壓器的工作原理是當(dāng) Lx 為高電壓時，電感電流隨 Vin/L 的斜率而增 加。而 Lx 為低電壓時，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)計者也可以直接使用一組 Buck/Boost 電源 IC ，來產(chǎn)生所需的電壓輸出，如圖 2 便是一組直接N降壓的 IC 。其結(jié)合一組升壓轉(zhuǎn)換器與線性穩(wěn)壓器來提供可升壓也可降壓的電壓轉(zhuǎn) 換器。這個轉(zhuǎn)換器為輸出電壓以下和超出的輸入提供一個穩(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。也能夠把這個輸出電 壓使用兩個電阻分壓從 1.25V 至 5.5V ，其效率大致上可高達 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產(chǎn)生一組升降壓的 輸出，設(shè)計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 果因為成本的考量，那 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)計者因為考慮到高效率，而選擇以升壓方式產(chǎn)生一組輸入高于輸出電壓來提高效率，如圖 3 的升壓架構(gòu)，由于需外加 MOSFET 作切換開關(guān)，因此可 提供較大的輸出功率。如果是因為空間的限制，外加 MOSFET 開關(guān)以及輸出二極體就會成為設(shè)計者的負擔(dān)，此時內(nèi)建 MOSFET 切換開關(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 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 1.2MHz ，設(shè)計者可選用小尺寸的電感，與輸出電容，效率同樣高達 90% 以上。

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圖 4 降壓型電源轉(zhuǎn)換器

負電壓 Vss 的解決辦法

介 紹 OLED 的正電壓 Vdd 輸出之后，接著介紹 OLED 的負電 Vss 輸出。就如同前文所敘述，如果設(shè)計者臨時找不到合適的負電壓輸出電源 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)來產(chǎn)生負電壓 Vss ，其原理為：透過正常的輸出，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。