淺談便攜數(shù)碼產(chǎn)品顯示模塊的電源設(shè)計與應(yīng)用

　　隨著數(shù)碼產(chǎn)品的發(fā)展普及，其電源設(shè)計也越來越受到關(guān)注。 我們通常說的“數(shù)碼”指的是含有“數(shù)碼技術(shù)”的數(shù)碼產(chǎn)品，如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼學(xué)習(xí)機(jī)［1］、數(shù)碼隨身聽等等。隨著科技的發(fā)展，計算機(jī)的出現(xiàn)、發(fā)展帶動了一批以數(shù)字為記載標(biāo)識的產(chǎn)品，取代了傳統(tǒng)的膠片、錄影帶、錄音帶等，我們把這種產(chǎn)品統(tǒng)稱為數(shù)碼產(chǎn)品。例如電視/電腦 /通訊器材/移動或者便攜的電子工具等，在相當(dāng)程度上都采用了數(shù)字化。在顯示模塊中，WLED背光電源和偏置電源屬于微功率電源，這類電源的設(shè)計直接關(guān)系著顯示的效果、模塊的壽命和電池的待機(jī)時間。

　　AP3015/A在便攜式數(shù)碼產(chǎn)品的顯示模塊中作為偏置電源或背光驅(qū)動電源有著廣泛的應(yīng)用。下面分別介紹了AP3015的性能以及設(shè)計偏置電源和WLED背光電源的典型應(yīng)用方案，最后著重說明在設(shè)計這些方案時的關(guān)鍵參數(shù)。

　　AP3015簡介

　　AP3015是內(nèi)部集成開關(guān)管的脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式的升壓轉(zhuǎn)換器，通過外接升壓電感、肖特基二極管、輸入電容、輸出電容和兩個分壓電阻即可構(gòu)成完整的升壓電路。

　　PFM是最近流行起的一種盜號木馬，作者未知。此木馬因名字響亮而被人們廣為熟知。據(jù)一個不愿意透露姓名的內(nèi)部人士介紹，PFM即為“Please *** me （boy）”的縮寫。之所以起這個名字是由于木馬編寫者在編寫PFM的過程中一直處于寂寞的狀態(tài)。PFM在口腔修復(fù)學(xué)中是烤瓷熔附金屬即porcelainfusedtomatal的意思，也稱金屬烤瓷全冠，它是用低熔瓷與金屬底層材料聯(lián)合制成的修復(fù)體，兼有金屬的強(qiáng)度和瓷的美觀，能較好恢復(fù)牙體形態(tài)、功能，是強(qiáng)度高、外觀逼真、色澤穩(wěn)定、表面光滑、不易磨損、耐酸堿、生物相容性好的永久性修復(fù)體。PFM：（Pulse frequency modulation） 脈沖頻率調(diào)制一種脈沖調(diào)制技術(shù)，調(diào)制信號的頻率隨輸入信號幅值而變化，其占空比不變。由于調(diào)制信號通常為頻率變化的方波信號，因此，PFM也叫做方波FM.

　　AP3015的輸入電壓范圍為1.2V~ 12V，而一般升壓轉(zhuǎn)化器最大只能到6V;AP3015本身具有限流功能，當(dāng)電感電流超過約350mA時，會觸發(fā)限流功能，同時使輸出電壓降低，起到保護(hù)整個升壓電路的作用。由于AP3015采用PFM模式，它在輕載時能保持很高的效率，這是區(qū)別于大部分脈寬調(diào)制（PWM）模式升壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點。

　　AP3015作為微功率電源的典型應(yīng)用方案

　　1、 LCD / OLED單路偏置電源

　　部分小尺寸的LCD和OLED屏需要單路正電壓作偏置電源，不同廠家的屏需要的電壓大小不同，從9V到25V不等，所需電流較小，通常在10mA左右。圖1是采用AP3015設(shè)計的單路偏置電源，由單節(jié)鋰電池供電，根據(jù)LCD/OLED屏的需要，調(diào)整R1/R2A/R2B來設(shè)定合適的輸出電壓，為其供電。該電路是典型的升壓轉(zhuǎn)換電路，開關(guān)管集成在AP3015內(nèi)部，AP3015的SW端即為開關(guān)管的發(fā)射極。反饋環(huán)路由R1/R2A/R2B/Cf構(gòu)成，補(bǔ)償控制由AP3015實現(xiàn)。

　　2、 LCD / OLED正負(fù)偏置電源應(yīng)用方案一

　　另一部分小尺寸的LCD和OLED屏需要雙路正負(fù)電壓作偏置電源，所需電流更小。圖2即是由AP3015設(shè)計的雙路輸出偏置電源，由單節(jié)鋰電池供電，可據(jù)LCD/OLED屏的需要，調(diào)整R1/R2A/R2B來設(shè)定合適的輸出電壓。該電路的Vo1部分是典型的升壓轉(zhuǎn)換電路。Vo2是由電荷泵電容C3以及兩個整流二極管 D2/D3實現(xiàn)。SW端的開關(guān)信號幅值為 20.4V，當(dāng)SW端為高時，D2 導(dǎo)通，D3 截止，C3 充電至 20.4V，此時負(fù)載電流由輸出電容Cout2提供;當(dāng)SW變低時，C3的上端被拉至 -20.4V，D2截止，D3導(dǎo)通，提供負(fù)載電流并給Cout2充電。

　　3、 LCD / OLED正負(fù)偏置電源應(yīng)用方案二

　　正負(fù)偏置電源的另一個應(yīng)用方案如圖3所示。該電路的Vo1和Vo2均由電荷泵實現(xiàn)，有較好的交叉調(diào)整率。C4/D1/D4實現(xiàn)Vo1正電壓輸出，C3/D2/D3實現(xiàn)Vo2負(fù)電壓輸出，Vo1和Vo2的絕對值相等。Vo1的大小由反饋電阻網(wǎng)絡(luò)R1/R2A/R2B設(shè)定。

　　4、 WLED驅(qū)動電源

　　如果便攜式設(shè)備采用LCD作為彩色顯示屏，必然需要白色背光光源。在小尺寸顯示屏上通常用2顆~4顆白光LED作為背光。WLED一般工作在3.4V/20mA，4顆WLED所需的功率最大約為270mW.圖4即是由AP3015設(shè)計的WLED驅(qū)動電路，由單節(jié)鋰電池供電，根據(jù)LCD的尺寸，可在2~4顆內(nèi)調(diào)整WLED的個數(shù)，同時可通過調(diào)整R1來調(diào)節(jié)WLED的電流。該電路的優(yōu)點在于每顆WLED的電流相同，能很好的保持亮度的均勻。該電路拓?fù)錇樯龎弘娐罚?fù)載為4個WLED，并和電阻R1共同構(gòu)成反饋環(huán)。

　　AP3015設(shè)計偏置電源和背光電源

　　1、 反饋網(wǎng)絡(luò)中的前饋電容

　　在圖1、圖2和圖3中，都用到了Cf.Cf通常可以選10pF.在反饋環(huán)路中Cf間接提高了AP3015內(nèi)部比較器的過驅(qū)動，能有效地減小輸出電壓過沖和紋波。Cf的引入還可以提高效率約2%~3%.

　　2、 正負(fù)偏置電源兩個方案的對比

　　由圖2、圖3可知，對于正負(fù)偏置電源有兩個不同的方案，圖2所示方案中，Vout+由傳統(tǒng)的升壓電路產(chǎn)生，Vout-由SW節(jié)點的開關(guān)信號通過電荷泵電容C3并經(jīng)D2、D3整流所得。而圖3所示方案中，Vout+和Vout-均由SW節(jié)點的開關(guān)信號通過電荷泵電容整流所得，因此對比兩個方案可得：圖2與圖3相比的輸出電流能力較大，效 率較高，但是交叉調(diào)整率比較差。

　　3、 WLED驅(qū)動電路中的OVP設(shè)計

　　在WLED驅(qū)動電路中，WLED是升壓電路的反饋環(huán)的一部分，如果WLED由于某種原因短路，則反饋環(huán)被切斷，就會導(dǎo)致SW節(jié)點電壓無限升高，直至燒毀AP3015.為了實現(xiàn)過壓保護(hù)，我們必須設(shè)計OVP電路。最經(jīng)濟(jì)常用的OVP電路是在Vout和FB之間增加一個穩(wěn)壓二極管，如圖4所示。當(dāng)WLED開路，Vout電壓升高，穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，將FB拉高，進(jìn)而關(guān)斷內(nèi)部開關(guān)管，起到保護(hù)AP3015的作用。由于該電路過壓時通過關(guān)斷內(nèi)部開關(guān)管實現(xiàn)OVP，因此保護(hù)措施更為安全有效。