基于MAX8570的OLED电源偏置电路设计

2006-09-27 14:07:33来源: 电子元器件应用

引言

OLED(有极发光二极管),也称为OEL(有机电致发光器件)。这种器件具有自发光、清晰亮丽、轻薄、响应速度快、视角宽、低功耗、成本低廉、制造工艺简单等特点,问世以来一直被视为是继LCD之后最看好的显示器。目前,在蜂窝式移动电话、个人助理(PDA)、数码相机等领域中,OLED得到了广泛的应用,但是OLED对电源偏置电路的要求非常严格,一般需要效率高、体积小、重量轻的升压变压器,这种升压变压器还应具有良好的电磁兼容性。

MAX8570是MAXIM公司推出的OLED升压变压器专用芯片。它不仅设计先进、功能完善、而且外围电路简单、使用非常灵活、是目前设计OLED电源偏置电路的一种理想器件。

MAX8570变换器的特点及工作原理

◇ MAX8570变换器的特点

MAX8570变换器主要特点如下:

(1)该芯片将功率MOSFET、节能电路、控制逻辑电路以及保护电路集成在一起,从而简化了外围电路的设计,降低成本、增强系统的可靠性;

(2)工作频率高达800kHz,允许使用微型表贴元件;

(3)超低功耗:静态电流为25mA,在True shutdownTM模式下,消耗电流低至0.05μA(典型值);

(4)开路保护,能防止输出电容和负载损坏;

(5)允许采用锂电池供电,输出电压最高可达20V,可满足OLED电源偏置电路的高电压要求。

◇ 工作原理

(1)控制方式

图1所示是MAX8570的内部结构框图。当MAX8570上电时,其芯片内部的P沟道MOSFET导通,电源电压VCC经电感L1分成两路:一路送至内部N沟道MOSFET的漏极,另一路经VD1向C4充电。当N沟道MOSFET导通时,流经L1中的电流从零逐渐增大,同时将电能储存在L1中,一旦电流达到极限值,N沟道MOSFET将关断,L1中的电流经VD1对负载供电。该方式中的开关频率将随负载和电源电压的大小而变化,最高可达800kHz。

(2)关断(SHDN)

将SHDN引脚拉至低电平,器件将进入True shutdownTM模式(关断状态),在True shutdownTM模式下,电路的消耗电流低至0.05μA,输出端与输入端断开,LX引脚处于高阻状态,在传统升压变换器电路中,变换器在关断时,输出端与输入端将始终通过电感和续流二极管连接,以使负载从输入端吸取一定功率。MAX8570变换器具备真关断功能,在True shutdownTM模式下,它会利用一只P沟道MOSFET开关来断开输入端与输出端,从而消除关断时从输入端吸取的功率。

(3)单独给电感供电

该IC与电感可单独供电,电感电源电压范围为0.8-28V,图2所示是单独给电感供电的应用电路,这种电路结构应将SW引脚悬空,使电源直接接电感,此后输出端与输入端在关断时不再断开,但关断时,输出电压将比电感电源电压低一个二极管的压降。

(4)软启动

在使用True shutdownTM功能时,电路会缓慢开启内部P沟道开关的极,待完全打开SW后,内部N沟道开关才开始导通,这样可以避免产生浪涌电流,当VFB低于0.5V时,内部N沟道开关的关断时间将从1μs延长至5μs,以对浪涌电流进行控制。

(5)开路保护

当上端反馈电阻或外部二极管发生开路故障时,MAX8570变换器将立即停止开关动作,以避免输出电压过高而损坏输出滤波电容和负载。

OLED电源偏置电路的设计

◇ 极限电流值的设置

设计时,可根据下面公式来估算所需要的极限电流值:

式中,POUT(MAX)为负载最大功率;VBATT(MIN)为最小电源电压;POUT(MAX)为变换器最高输出电压。

◇ 输出电压设置

MAX8570的输出端与GND之间连接了一个电阻分压器,其中间点接FB的分压比决定了输出电压(电压调节范围为VCC-28V),若R2的取值范围为10-600KΩ,那么可根据下式计算R1:

式中,VFB为1.266V;VOUT的取值在VCC到28V之间,设计时,为提高输出电压的精度,应保证流过反馈电阻的最小偏置电流为2μA。

◇ 电感的选择

电感是升压变换器的关键元件,其取值大小直接影响着整个电路的正常工作。如果需要追求高效能,最好选择电感量较小的电感,但MAX8570工作在较低的频率下时,电感会产生磁饱和现象,从而引起纹波电流增大或损坏电感,故在选择电感时,需要根据输出电流、MAX8570的工作频率电感的直流电阻、电感的额定电流和纹波电压等条件来综合决定,这里推荐电感值的范围为10-100μH。

◇ 二极管的选择

二极管的开关损耗占系统损耗的六分之一到五分之一,是影响升压变换器效率的主要因素,包括正向导通损耗和反向恢复损耗,推荐使用具有快速恢复时间及正向压降较小的肖特基二极管,其额定电流值应大于峰值开关电流值,反向击穿电压应大于输出电压。常用的肖特基二极管有MBR0520、MBR0530、ZHCS400等。

◇ 电容的选择

输出电容既能维持输出电压,也能平滑因MOSFET开关产生的纹波电压(在N沟道MOSFET导通时,由输出电容向负载供电)。因此,在保证足够带宽的前提下,应选择ESR(串联等效电阻)其ESL(串联等效电感)较小、耐压值较高的输出电容,例如X5R或X7R介质材料的陶瓷电容,在大多数应用电路设计中其容量可取1μF。

输入电容主要用于滤除电源中的纹波电压,建议采用X5R或X7R介质材料的陶瓷电容,其电容容量取值可在1-6.8μF之间选择。

在MX85701输出与FB之间增加一只反馈电容,可改善输出电压的稳定性,推荐使用一只47pF的陶瓷电容。

◇ 印刷线路板布局注意事项

MAX8570变换器的印刷线路板在布局时要注意以下几点:

(1)输入电容与输出电容应尽可能靠近芯片的相应管脚放置,以减小分布电容和分布电感的影响,提高抑制纹波电压的能力。

(2)反馈端的分压电阻R1、R2应靠近芯片放置,以保证分压点到FB引脚的走线最短。反馈信号要远离SW到LX支路之间的走线,以防止产生耦合噪声。

(3)电感应尽量接近SW和LX引脚,并确保主回路的走线短而粗,以减小对外辐射。

主动矩阵OLED电源偏置电路设计实例

OLED分为主动矩阵(AMOLED)和被动矩阵OLED(PMOLED)主动矩阵OLED电源偏置电路除了向OLED提供正电压之外,还需要利用反相器提供负电压,采用MAX8570设计的OLED电源偏置电路如图3所示,该电路通过一个二极管和电容电荷泵可产生负输出电压,其电压副值比正输出电压的副值小一个正向二极管的压降,如果正输出端的负载很小或空载,则负输出电压会偏离其额定值,为了避免出现这样情况,设计时可选择阻值较低的反馈电阻(R1和R2)以确保输出数百微安的电流。

结束语

MAX8570芯片的集成度很高,且不需要外置MOSFET,这些特点大大简化了外围电路的设计,也为实现超薄OLED显示器的优化设计创造了有利条件,本文根据MAX8570芯片的特性和原理设计了一款OLED电源偏置电路,并给出了OLED电源偏置电路的设计方法,同时还对其PCB板的布局、布线进行了分析说明,及OLED电源偏置电路在数码相机中得到了较好的应用,而且变换效率高、性能稳定,工作可靠。

关键字:电感  偏置  电容  电压

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