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便携数码产品显示模块的电源设计与应用

作者:时间:2011-11-26来源:网络收藏

  随着的发展普及,其设计也越来越受到关注。手机、数码相机、MP3、PMP和数码相框中,都会用到,通常以LCD和OLED为主,也有CSTN等。在中,WLED背光和偏置属于微功率电源,其所需的功率通常在几十毫瓦到几百毫瓦之间,这类电源的设计直接关系着显示的效果、模块的寿命和电池的待机时间。

图1AP3015作为LCD/OLED单路偏置电源的典型应用方案


  AP3015/A在便携式中作为偏置电源或背光驱动电源有着广泛的应用。下面分别介绍了AP3015的性能以及设计偏置电源和WLED背光电源的典型应用方案,最后着重说明在设计这些方案时的关键参数。

  AP3015简介

  AP3015是内部集成开关管的脉冲频率调制(PFM)模式的升压转换器,通过外接升压电感、肖特基二极管、输入电容、输出电容和两个分压电阻即可构成完整的升压电路。

  AP3015的输入电压范围为1.2V~ 12V,而一般升压转化器最大只能到6V;AP3015本身具有限流功能,当电感电流超过约350mA时,会触发限流功能,同时使输出电压降低,起到保护整个升压电路的作用。由于AP3015采用PFM模式,它在轻载时能保持很高的效率,

这是区别于大部分脉宽调制(PWM)模式升压转换器的优点。

  AP3015A与AP3015属于同一系列产品,管脚和功能完全相同,AP3015A的输入范围较宽:1.0V~ 12V,但其限流点较低,约为100mA。用户可根据实际需求来选择AP3015或AP3015A。

  AP3015作为微功率电源的典型应用方案

  1、 LCD / OLED单路偏置电源

  部分小尺寸的LCD和OLED屏需要单路正电压作偏置电源,不同厂家的屏需要的电压大小不同,从9V到25V不等,所需电流较小,通常在10mA左右。图1是采用AP3015设计的单路偏置电源,由单节锂电池供电,根据LCD/OLED屏的需要,调整R1/R2A/R2B来设定合适的输出电压,为其供电。该电路是典型的升压转换电路,开关管集成在AP3015内部,AP3015的SW端即为开关管的发射极。反馈环路由R1/R2A/R2B/Cf构成,补偿控制由AP3015实现。

  2、 LCD / OLED正负偏置电源应用方案一

图2AP3015作为LCD/OLED双路偏置电源的典型应用方案一


  另一部分小尺寸的LCD和OLED屏需要双路正负电压作偏置电源,所需电流更小。图2即是由AP3015设计的双路输出偏置电源,由单节锂电池供电,可据LCD/OLED屏的需要,调整R1/R2A/R2B来设定合适的输出电压。该电路的Vo1部分是典型的升压转换电路。Vo2是由电荷泵电容C3以及两个整流二极管 D2/D3实现。SW端的开关信号幅值为 20.4V,当SW端为高时,D2 导通,D3 截止,C3 充电至 20.4V,此时负载电流由输出电容Cout2提供;当SW变低时,C3的上端被拉至 -20.4V,D2截止,D3导通,提供负载电流并给Cout2充电。

  3、 LCD / OLED正负偏置电源应用方案二

图3AP3015作为LCD/OLED双路偏置电源的典型应用方案二


  正负偏置电源的另一个应用方案如图3所示。该电路的Vo1和Vo2均由电荷泵实现,有较好的交叉调整率。C4/D1/D4实现Vo1正电压输出,C3/D2/D3实现Vo2负电压输出,Vo1和Vo2的绝对值相等。Vo1的大小由反馈电阻网络R1/R2A/R2B设定。

  4、 WLED驱动电源

  如果便携式设备采用LCD作为彩色显示屏,必然需要白色背光光源。在小尺寸显示屏上通常用2颗~4颗白光LED作为背光。WLED一般工作在3.4V/20mA,4颗WLED所需的功率最大约为270mW。图4即是由AP3015设计的WLED驱动电路,由单节锂电池供电,根据LCD的尺寸,可在2~4颗内调整WLED的个数,同时可通过调整R1来调节WLED的电流。该电路的优点在于每颗WLED的电流相同,能很好的保持亮度的均匀。该电路拓扑为升压电路,负载为4个WLED,并和电阻R1共同构成反馈环,因此该电路实现恒定的输出电流而非输出电压。稳压管Z和电阻R2构成过压保护电路。

图4AP3015作为WLEDDriver典型应用方案

  AP3015设计偏置电源和背光电源

  1、 反馈网络中的前馈电容

  在图1、图2和图3中,都用到了Cf。Cf通常可以选10pF。在反馈环路中Cf间接提高了AP3015内部比较器的过驱动,能有效地减小输出电压过冲和纹波。Cf的引入还可以提高效率约2%~3%。

  2、 正负偏置电源两个方案的对比

  由图2、图3可知,对于正负偏置电源有两个不同的方案,图2所示方案中,Vout+由传统的升压电路产生,Vout-由SW节点的开关信号通过电荷泵电容C3并经D2、D3整流所得。而图3所示方案中,Vout+和Vout-均由SW节点的开关信号通过电荷泵电容整流所得,因此对比两个方案可得:图2与图3相比的输出电流能力较大,效 率较高,但是交叉调整率比较差。

  3、 WLED驱动电路中的OVP设计

  在WLED驱动电路中,WLED是升压电路的反馈环的一部分,如果WLED由于某种原因短路,则反馈环被切断,就会导致SW节点电压无限升高,直至烧毁AP3015。为了实现过压保护,我们必须设计OVP电路。最经济常用的OVP电路是在Vout和FB之间增加一个稳压二极管,如图4所示。当WLED开路,Vout电压升高,稳压二极管导通,将FB拉高,进而关断内部开关管,起到保护AP3015的作用。由于该电路过压时通过关断内部开关管实现OVP,因此保护措施更为安全有效。比传统的Vout和GND之间增加稳压二极管更有优势。



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