發布日期：2022-04-28 點擊率：55
【導讀】隨著電子信息產品屏幕顯示技術的演進，AMOLED（Active-Matrix Organic LED）顯示屏，即有源矩陣有機發光二極管顯示屏，因具有色彩鮮艷、輕薄、主動發光（無需背光源）、視角寬、清晰度高、亮度高、響應快速、能耗低、使用溫度范圍廣、抗震能力強、可實現柔軟顯示等特點，成為當今高端顯示屏的熱門選擇。智能手環、智能手表等也已全面采用AMOLED顯示屏。
SGM38046是一顆專門為智能手環、智能手表等小尺寸AMOLED顯示屏提供AVDD、ELVDD、ELVSS的電源管理芯片，在對稱電壓ELVDD、ELVSS模式下效率優化。
小尺寸AMOLED顯示屏電源芯片技術演變路線
影響AMOLED電源器件架構的因素：
● 綜合尺寸（多電感、單電感、無電感）；
● 輸入電壓范圍；
● 輸出電壓配置（非對稱電壓、對稱電壓）；
● 負載電流大小。
幾種常見的單電感架構：
● 架構A：Boost + NVCP（負壓電荷泵）；
● 架構B：Boost/Bypass + LDO + NVCP；
● 架構C：Buck-Boost + LDO + NVCP；
● 架構D：類似SGM38042的SIMO（單電感多輸出）架構。
無電感架構：
● SGM38045：無電感架構，且待下回分解。
電荷泵結構簡介
圖1 幾種常見的電荷泵結構示意圖
電荷泵結構特點：
● 每使用一個飛電容，需要4個開關管，硅片開銷大。
● 在接近整倍率電壓下工作時，效率主要由開關組導通電阻決定。
● 小電流高電壓場景對開關組導通電阻要求低，效率高，解決方案優勢顯著。
幾種常見小尺寸電源架構的優缺點對比分析
架構A：Boost + NVCP（負壓電荷泵）
圖2 架構A
優點：
● Boost架構相對簡單；
● 外圍僅需1L+6C。
缺點：
● 僅2路輸出，無AVDD；
● 不適用于高壓電池應用，連接充電器輸出不穩；
● 需要復雜的負壓電荷泵電路，11個開關管，外圍器件多；
● 正壓效率損失大；
● 不適用于對稱電壓。
架構B：Boost/Bypass + LDO + NVCP
圖3 架構B
優點：
● Boost/Bypass架構AVDD不再受限于輸入電壓范圍；
● 配置相對靈活。
缺點：
● 對稱電壓應用，VIN高壓時效率低下；
● 非對稱電壓應用，正壓效率損失大；
● 不適用更高電壓電池、更低輸出電壓的應用；
● 需要-0.5×CP，12個開關管，外圍器件多；
● 外圍需要1L+10C。
SGM38042架構：SIMO（單電感多輸出）
圖4 SGM38042架構
優點：
● 專利電路，分時SIMO架構，電路框架簡單；
● 無需負壓電荷泵，僅需7個開關管；
● 正負電源紋波抑制，LDO損耗低；
● 輸入電壓范圍寬；
● 外圍僅需1L+6C。
缺點：
● AVDD由VIN經LDO輸出，電壓范圍受限于VIN；
● SIMO架構輸出正負壓，需要采用高耐壓器件來實現，效率提升困難。
SGM38046架構
圖5 SGM38046架構
優點：
● AVDD不再受限于輸入電壓范圍；
● 適用于對稱電壓，效率相對較高；
● 適合高壓電池應用。
缺點：
● Buck-Boost架構，需要Q1~Q4共4個大管；
● 外圍需要1L+9C。
ELVDD/ELVSS為什么要采用對稱電壓？
對稱電壓下AMOLED屏的功耗更低：
● 非對稱模式下ELVDD/ELVSS采用4.6V/-2.4V總壓差7V供電；
● 對稱模式下ELVDD/ELVSS采用3.3V/-3.3V總壓差6.6V供電；
● 單從工作電壓看，非對稱情況下7V比對稱電壓6.6V效率低6.06%。
對稱模式下電路架構更簡單，如下圖所示：
圖6 非對稱及對稱模式下電路示意圖
● 非對稱模式下負壓電荷泵需要7~8個MOSFET；
● 對稱模式下負壓電荷泵僅需要4個MOSFET。
對稱模式的電源拓撲架構比非對稱模式更省電，如下圖所示：
圖7 非對稱及對稱模式下電路架構
非對稱模式下：
● ELVDD需由5.4V產生4.6V，損耗15%；
● AVDD需由5.4V產生3.3V，損耗39%；
● ELVSS需由-2.7V產生-2.4V，損耗11%。
對稱模式下：
● ELVDD僅需由3.6V產生3.3V，損耗8.4%；
● AVDD僅需由3.6V產生3.3V，損耗8.4%；
● ELVSS僅需由-3.6V產生-3.3V，損耗8.4%。
兩相比較，對稱模式下各電源比非對稱模式下省電：
● ELVDD省6.6%；
● AVDD省30.6%；
● ELVSS省2.6%。
補充說明：VDD-VSS不對稱電壓結構是從LCD采用的薄膜晶體管陣列（TFT Matrix）驅動沿襲過來的。演化的小尺寸TFT驅動結構是針對電源電壓范圍，TFT的開關特性，顯示單元驅動要求和既有設計繼承的設計綜合優化的結果。TFT設計以及盡力降低它和OLED工作電壓促成了可以采用對稱方式供電；目前受限制于ITO透明引線的特性，在大尺寸應用中尚不能采用對稱方式供電。
SGM38046是一顆以對稱電壓模式優化的小尺寸AMOLED電源芯片（同樣支持非對稱電壓模式工作，但在該模式下性能與其它芯片類似）。
SGM38046主要特性
● 輸入電壓：2.7V～5.5V；
● AVDD輸出電壓：3.3V；
● OVDD輸出電壓：2.8V～4.6V（默認輸出電壓：3.3V ± 1%，0.1V步進）；
● OVSS輸出電壓：-0.6V～-4.0V（默認輸出電壓：3.3V ± 1%，0.1V步進）；
● OVDD & OVSS組合輸出電流能力高達90mA；
● 優秀的線性和負載調整率；
● 低紋波和優秀的瞬態響應；
● 輸出負載與輸入分離；
● 欠壓鎖定、過流保護、短路保護、過壓保護和過溫保護功能；
● 輕載效率下節能（Power-Save）模式；
● 關斷電流：低于1μA；
● WLCSP-2×2-16B綠色封裝。
SGM38046封裝及引腳分布
圖8 SGM38046封裝圖
SGM38046典型應用電路圖
圖9 SGM38046典型應用電路
SGM38046效率曲線
圖10 SGM38046效率曲線
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