OLED发光材料测试电源控制部分的结构设计

1 引言

有机电致发光(EL)器件，或称有机发光二极管(OLED)的一般结构是在一金属阴极和一透明阳极之间夹一层有机电致发光介质。在电极间施加一定的电压后，这层发光介质就会发光。将OLED应用于平板显示而制成显示器被称为有机发光显示器，也叫OLED显示器。与LCD相比，OLED具有主动发光、无视角问题、重量轻、厚度小、高亮度、高发光效率、发光材料丰富、易实现彩色显示、响应速度快、动态画面质量高、使用温度范围广、可实现柔软显示、工艺简单、成本低、抗震能力强等一系列的优点，因此它被专家称为未来的理想显示器。

OLED虽然已有了长足进展并已给平板显示领域带来新的曙光，但是OLED技术仍然处在发展期，其中有机发光材料仍是OLED最主要的制约因素。由于有机电致发光的微观世界难以直接观测，故只能通过测量驱动电压、电流、亮度、发光效率等参数指标，为分析发光机理提供一定的依据。本文研究的重点内容是利用单片机控制和功率变换技术，采用一台自行设计的电压、频率、占空比均可调的驱动电源，作为分析有机电致发光材料的测试平台，同时设计出电压、频率实时调整等不同的软件模块，使电源能在不同驱动方式下工作，实现了对不同状态冷光片(有机电致发光介质)的性能测试。

2 测试电源硬件结构

本文采用的测试电源为交流脉冲电源，从电路功能上分为两大部分：主电路和辅助电路。

主电路包括：斩波调压和全桥变换电路，产生峰值电压、频率和占空比均可调的交流脉冲电压。

辅助电路包括以下几部分：

(1)控制电路，实现对斩波管、调频管控制信号的产生，同时具有过流保护中断、对电位器设定值进行A／D采样和手动复位等功能。

(2)驱动电路，将控制电路产生的脉冲信号进行功率放大提供给各开关管，同时将主电路与控制电路进行强弱电间的隔离。

(3)缓冲电路，减少各开关管的开关瞬间的功耗，提高开关管在开关瞬间的安全性。

(4)过流保护电路，防止负载短路时瞬态电流过大，损坏元器件。

(5)峰值电压采样电路，为显示电路提供0～5V范围的峰值电压采样值。

(6)辅助电源，为控制电路、驱动电路和显示电路提供电源。电源整机电路方框图如图1所示。

3 冷光片测试电源控制部分硬件结构设计

3.1 控制芯片简介

驱动电源的控制芯片采用美国Microchip公司生产的PIC单片机。此系列单片机的硬件系统设计简洁，指令系统设计精练。目前，已有多家著名半导体公司仿照PIC系列单片机，开发出与之引脚兼容的系列单片机。

例如，美国SCENIX公司的SX系列、中国台湾EMC公司的EM78P系列、中国台湾MDT公司的MDT系列等。

3.2 控制电路设计简介

采用PIC819作为控制芯片，晶振选用20MHz。一条指令执行时间为0.25μs。如图2为斩波调压控制电路，图3为调频控制电路。

4 冷光片测试电源控制部分软件结构设计

为了实现对冷光片的亮度－电压、亮度－频率的测试，本文设计了电压和频率实时调整等不同的软件模块，实现了对不同状态冷光片的性能测试。

4.1 实时电压调节

电压的调节是通过PIC819自带的PWM输出口控制的。他所完成的任务有：

(1)PIC内部自带A／D转换口，通过电位器调节设定PWM的占空比。

(2)为了使电源上电瞬间电压不会突然增加到设定值，引起瞬间冲击电流过大损坏冷光片，程序在初始状态设定缓启动程序能够使电源开机后，电压从0缓慢上升到设定电压值。

(3)当主电路输出电流过大时，过流保护电路触发PIC的中断控制端，中断保护程序将PWM口清0，使斩波输出电压为0。

PWM斩波频率为20kHz，通过电位器调节输出占空比。由于主电路变压器降压后168V交流输人，整流滤波后电压为200V(带负载情况下)，所以占空比控制在0～100％，则可斩波输出0～200V电压。即PWM脉宽从0～50弘s。根据PIC芯片PWM脉宽寄存器赋值计算公式，得PWM脉宽寄存器赋值范围为00H～OFAH。

其程序设计流程如图4所示。

程序设计思路为：初始化，将PWM脉宽寄存器赋值为0。通过A／D转换，将PWM的设定值采入单片机，并换算为PWM脉宽寄存器将要设定的值存入暂存器。然后比较暂存器与PWM脉宽寄存器的值，逐渐增加PWM脉宽寄存器的值到等于暂存器的值。每加"1"PWM脉宽寄存器的值时调20ms定时时间。这样就完成缓启动程序。接着循环进行A／D采样，将换算得到的设定值存入暂存器并比较他与PWM脉宽寄存器的值，不断调整PWM脉宽寄存器的值，使之与暂存器的值相同。这样可以实时调节PWM的脉宽，即实时调节斩波输出的电压。

4.2 实时频率调节

频率的调节是通过另外一片PICl6F819芯片实现的，控制电路如图3。为了使波形稳定，程序采用非结构化设计。

设计思想是：将两组对管的开关控制状态组合为4种循环状态，引脚RA2，RA4在每一个状态中，只有惟一确定的值：01，00，10，00，循环进行设置其状态时间。在每一个周期内，执行A／D采样程序。根据采样频率设定值和占空比设定值来计算各状态时间。然后将以上工作插入各状态时间内完成。这样可以实时调节，实时采样，并且不会影响输出引脚状态发生混乱。导通时间ton=周期T×占空比D，关断时间toff=周期T一导通时间ton程序流程如图5所示。

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结语

OLED特有的优势符合未来理想显示器的发展方向。本文根据OLED有机电致发光介质的特点，以自行设计的电源为测试平台，通过不同模式的软硬件组合控制，实现了有机电致发光介质的研究型测试和应用型测量，为进一步研究和应用无机电致发光材料提供了一个良好的测试平台。

（编辑：文静）