OLED驱动电源电路方案解析

功能先进的显示器渐成为现今消费电子产品的重要特色，这些新型显示器所发挥的作用，通常会强化使用者对于整体产品的印象，而这样的印象终会决定该产品在 市场上会多成功。使用者在面对行动电话和口袋型计算机时，对新型显示器的印象尤为重要，因为高分辨率彩色屏幕已成为这些产品的必备功能。
　　多种新型显示技术正扩大其市场占有率，包括新出现的OLED显示器在内，它们拥有超高的对比值、快速的响应时间和宽广的视角。就像其它新技术一样，厂商正利 用不同的LED材料（聚合物或小分子）、主动或被动矩阵控制、电流和电压驱动技术，以及不同的偏压供应电路来评估和制造不同的解决方案。
　　本文将讨论各种OLED技术和适当的偏压电源供应电路，而关于OLED技术和驱动方法的选择，也会影响电源供应电路的需求。工程师所面临的挑战为如何选择适当的电源供应电路，以便支持电池供电型可携式装置，以及特定OLED显示器的需求。
　　被动矩阵显示器需要一组电源升压转换器
　　矩阵OLED屏幕是目前的市场主流，主要用于行动电话，大多数做为贝壳型手机的外屏幕。对于仍在初期阶段的OLED技术来说，这些单色或双色被动矩阵显示 器是理想的应用对象。图1是这类显示器的简单示意图，它的寻址方式非常类似标准的被动矩阵液晶显示器。主要区别在于OLED是一种电流驱动型装置，因此 OLED显示器的驱动电路就和液晶显示器有所不同。
　

　　图1：被动矩阵OLED显示器的简单示意图

动矩阵OLED显示器需要一组正电压来做为它的电源或偏压，这组正电压和液晶显示器所使用的电压非常类似，它必须提供低功耗和高效率，解决方案的体积也 要很小。随着显示器尺寸和分辨率不同，OLED驱动组件需要15V到20V之间的电压，因此电感式升压转换器是理想的解决方案。
　　输入端与输出端的电气隔离是OLED偏压电源供应的另一项重要要求，这在选择电源供应时非常重要。标准升压转换器所用的萧特基二极管，会提供一条从输入 到输出的直接路径，使输出电压大约等于输入电压；但若应用系统需要开机或关机的电源顺序功能，或是将关机模式的泄漏电流减至，这个路径就会成为问题来 源。图2所示组件利用内建MOSFET开关切断输入和输出之间的联机。

　　图2：升压转换器将OLED显示器的输入与输出隔离

主动矩阵显示器需要正负偏压电源供应
　　若应用需要较高分辨率、较大显示面积、更高对比和快速反应时间，它们可以使用图3所示的主动矩阵OLED显示器。

　　图3：主动矩阵显示器的简单示意图

OLED像素的导通和寻址是由主动开关控制，这个开关则由薄膜晶体管担任，它的制造技术和TFT液晶显示器完全相同：电流源已经简化到只需要一个 MOSFET与OLED串联。有些设计会使用电压驱动架构，有些则采用电流驱动架构，所有设计都需要二至四颗，甚至更多的整合式薄膜晶体管。
　　克服不同颜色OLED像素的不同老化速度问题，某些解决方案会在电路中整合一颗光敏晶体管，由它来设定较大的OLED电流，避免像素亮度随着时间减 弱。低温多晶硅（LTPS）基板的组件结构较小，因此若工程师想在基板上做出更多的主动组件，这将是一项优点。目前这种基板所用的技术有两种，分别是低温 多晶硅和非晶硅。
　　除了提供正负电压做为视频讯号驱动器的电源之外，主动OLED显示器的偏压电源供应电路还必须提供偏压，让列选择（rowselect）薄膜晶体管能够导 通和截止。由于偏压的电压值很高，所以电感性升压转换器是合适的解决方案。为了将解决方案的体积减至，图4所示的完全整合式升压转换器，除了会提供 正电压之外，还利用反相器来提供负电压。

　　图4：单颗组件同时提供正电压和负电压

　　为了将关机模式的泄漏电流减至少，同时替正电压提供电源顺序功能，图4中的组件会控制另一颗采用SOT-23或更小封装的外接MOSFET晶体管 （Q1）。这颗组件使用锂离子电池做为输入电源（2.7V至5.5V），并提供高达+15V和-15V的输出电压，以及整合式800mA/2A的开关限流 功能，使得输出电流可达200mA。
　　欲提供电源给OLED显示器，输出电压涟波必须很小，开关频率也必须固定，才能将OLED显示器的画面失真和交互耦合效应减至少。就此而言，采用 1.38MHz固定频率PWM机制的TPS6513x，正是提供电源给OLED显示器的理想选择。虽然在负载电流范围内，提供高度的稳压输出对于电压 驱动的液晶显示器特别重要，但它对于电流驱动的OLED显示器并不会构成太大问题。
　　有些显示器在户外使用时需要较大的电流，在室内则可将电流减少，它们还必须在很宽广的负载电流范围内提供很高的电源效率。由于标准升压转换器只能在目标负 载电流下实现效率，因此TPS65130还另外提供一种可由使用者选择的「省电模式」，它能将开关频率和静态电流降低，使得组件在整个负载电流范围内 都能维持很高的工作效率。
　　随着OLED技术逐渐成熟，它的市场占有率也会不断上升，这种技术在手机、数字相机和口袋型计算机屏幕的应用潜力都很惊人。主动矩阵显示器将来可能取代被 动矩阵显示器成为市场主流，OLED显示器驱动组件也会变得更先进，OLED偏压电源供应电路则将开始微小化和特殊化，这在本文所介绍的部份解决方案中都 曾加以讨论。对于电源供应组件技术，主要挑战则在于如何同时提供高效率和体积的解决方案。