基于MAX8570的OLED升压变压器电源偏置电路设计

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沟道开关的栅极，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。