发光二极管(OLED)的电源管理

在今后的几年内，有机发光二极管（OLED）无疑将突破手机副屏这一目前的主要应用领域。韩国市场调研公司DisplayBank的研究表明，由于更多的数码相机、MP3播放器和掌上游戏机等便携产品的生产商开始采用OLED，其全球销售量今年将增长64%（从2005年的6100万件到2006年的约1亿件）。 
       与传统LCD技术相比，OLED技术有很多优势，因此带来了销售量的高速增长。OLED是在导体间放置一系列有机薄膜制成的，自身发光，无须背光，因此要比TFT或有源矩阵LCD的构架简单。OLED的封装更薄，正适合用于空间受限的便携系统。除了上述这些优势，OLED还实现了更丰富的色彩和更宽的视角。 
       但这些并不意味着这种新的显示技术已经发展的和LCD技术一样成熟了。OLED技术还面临着很多挑战。良品率低一直是个问题，尤其是当尺寸增大的时候。现在大多数Oled产品的尺寸都相对较小，要达到笔记本电脑显示屏的尺寸还需要几年时间。不过，制造商已不断取得新的进展。 
       OLED的价格也是一个障碍，和同类的LCD相比，它的价格仍然偏高。另外，显示屏的使用寿命也是一个挑战。OLED的寿命最近才刚刚能够超过手机的平均使用寿命。当然，随着制造工艺日渐成熟，制造商的经验愈加丰富，OLED在质量和寿命上与现有LCD方案之间的差距会不断缩小甚至消失。 
       电源管理的挑战 
       当OLED的良品率不断提高使得价格下降，便携系统的设计者采用OLED时就会面临另一个挑战——如何给这一新的显示技术供电。OLED与LCD的负载情况有很大区别。OLED需要10～18V的输出电压范围，比单芯锂离子聚合物电池能够提供的电压高许多，也高于常用于LCD背光供电的电荷泵的电压。 
       此外，OLED波动的负载曲线需要供电电源能够适应负载的快速变化并保持稳压。因此，OLED必须要由能快速响应的升压转换器供电。 
       升压转换器能够稳定的操作是最关键的。众所周知，其拓扑结构对右半平面零点特性极其敏感，这使得保持控制系统回路稳定比较困难。 
       供电系统必须在不同的负载电流和电压间快速转换，以避免振动对显示的色彩和亮度的影响。因此，设计者需要瞬态响应足够快的升压转换器和高度精密的反馈回路来保持控制系统的稳定。 
       不仅如此，OLED所需的升压转换器还要有相对复杂的控制机制以简便的控制其明暗度和操作状态。对这种功能的要求在未来几年会越来越高。目前，1.5英寸的OLED副屏需要在10～18V范围的两个输出电压，以后的设计中可能会需要更多的电压水平。 
       在便携系统设计师看来，使用升压转换器的另一个难题是漏电流问题。设计师通常要在整个设计过程中都考虑到将漏电流最小化以延长电池的寿命。但由于开关升压转换器的固有特性，电源和输出负载间的漏电流问题在任何操作状态都存在，关掉显示屏也不例外。 
       电源管理技术的新进展 
       虽然电源管理产品的制造商已经着手处理这些问题，但是目前市场上完善的解决方案极少。设计者对为OLED供电的升压转换器有哪些期待呢？ 
       首先是快速的瞬态响应。最近市场上已有开关频率高达2MHz的升压转换器，对负载变化有快速的响应，如AnalogicTech公司的AAT1230。 

图1 通过迟滞控制机制，AAT1230获得了快速的瞬态响应 
       图1比较了AAT1230与传统升压转换器的响应速度。此外，由于AAT1230开关频率高，可以使用极小的2.2μH的外部电感和0805/0603陶瓷电容。 
       便携系统的设计者一般情况下会采用增加1个外部MOSFET和控制器在显示屏不使用时隔离电源和输出负载的方法来处理漏电流的问题。这种方法能有效的减少漏电流，但由于增加了外部元器件，也导致设计更复杂，成本更高。 
       近来，电源管理产品的生产商开始采用在升压转换器封装里集成1个串联隔离开关的方法来解决这个问题。当EN/SET为低时，这种方法能有效的隔离负载和电源，将漏电流降低至不足1μA，同时也减小了解决方案的尺寸，降低了成本。 
       控制机制也在迅速变化。目前，市场上有一部分升压转换器使设计者能通过从一个逻辑引脚激活两个不同的参考水平来支持现有的Oled模块。 
       将来的OLED应用会需要更复杂的控制机制，编程输出很多不同的亮度水平。为了达到这个要求，设计者应该选择能够简单的通过串行总线接口编程实现不同电压水平的升压转换器。 
       电路板的大小在所有便携产品的设计中都是最重要的，缩小产品的尺寸是降低成本赢得市场的关键。因此，设计者需要尽可能选择尺寸小的升压转换器。