浅谈便携数码产品显示模块的电源设计与应用

随着数码产品的发展普及，其电源设计也越来越受到关注。 我们通常说的数码指的是含有数码技术的数码产品，如数码相机、数码摄像机、数码学习机[1]、数码随身听等等。随着科技的发展，计算机的出现、发展带动了一批以数字为记载标识的产品，取代了传统的胶片、录影带、录音带等，我们把这种产品统称为数码产品。 例如电视/电脑 /通讯器材/移动或者便携的电子工具等， 在相当程度上都采用了数字化。在显示模块中，WLED背光电源和偏置电源属于微功率电源，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。

AP3015/A在便携式数码产品的显示模块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。

PFM是最近流行起的一种盗号木马，作者未知。此木马因名字响亮而被人们广为熟知。据一个不愿意透露姓名的内部人士介绍，PFM即为Please fuck me (boy)的缩写。之所以起这个名字是由于木马编写者在编写PFM的过程中一直处于寂寞的状态。PFM在口腔修复学中是烤瓷熔附金属即porcelainfusedtomatal的意思，也称金属烤瓷全冠，它是用低熔瓷与金属底层材料联合制成的修复体，兼有金属的强度和瓷的美观，能较好恢复牙体形态、功能，是强度高、外观逼真、色泽稳定、表面光滑、不易磨损、耐酸碱、生物相容性好的永久性修复体。PFM:(Pulse frequency modulation) 脉冲频率调制一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此，PFM也叫做方波FM.

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。

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

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。[p]

3、 LCD / OLED正负偏置电源应用方案二

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。

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。