新型場致發(fā)光燈驅(qū)動器IMP803的原理與應(yīng)用

近年來，場致發(fā)光燈(EL)在照明、標(biāo)牌、鍵盤以及玩具中的應(yīng)用日益廣泛，目前大量用作LCD背光源。過去的基于變壓器的EL場致發(fā)光燈驅(qū)動器有許多缺點(diǎn)：體積龐大、笨重、噪音大并對負(fù)載的依賴非常大。在頻率較低時，這一缺點(diǎn)顯得更加突出。本文介紹的單電感驅(qū)動器IMP803具有極低的電磁干擾(EMI)，并且易于控制。
1 IMP803的基本工作原理
　　場致發(fā)光燈是一種面發(fā)光的冷光源，由夾在兩層導(dǎo)體(電極)之間的磷光涂層絕緣體構(gòu)成。當(dāng)施加在兩個金屬電極之間的電壓極性發(fā)生改變時，熒光粉才會發(fā)光，因此所加的電壓必須是交流的。并且光的強(qiáng)度和所加電壓的幅度和頻率基本上成正比。場致發(fā)光燈通常具有大約0.3～0.9nF/cm2的等效負(fù)載電容，需要一個頻率為400～1000Hz、峰－峰幅值為50～200V的交流高壓電來驅(qū)動。
　　IMP803是美國IMP公司開發(fā)的一種場致發(fā)光燈驅(qū)動器，圖1為IMP803的引腳圖，表1是相應(yīng)的引腳說明。
　　IMP803采用高壓CMOS工藝，可將高達(dá)30nF電容量的EL燈驅(qū)動到高亮度，也可驅(qū)動大于30nF的EL燈，但亮度較低?？烧{(diào)整輸出功率，以控制燈的顏色、壽命和功耗。加到EL燈上的穩(wěn)定輸出電壓典型

峰－峰值為180V。電路只需少量外圍元件：一個電感、一個二極管、兩個電容和三個電阻。
　　IMP803工作于2.0V～6.0V電源電壓范圍，可由一個小功率穩(wěn)定電源提供小的靜態(tài)電流。當(dāng)燈的驅(qū)動電壓達(dá)到峰－峰值180V時，一個內(nèi)部電路將開關(guān)穩(wěn)壓器關(guān)閉，這樣可節(jié)省電源并延長電池壽命。
　　IMP803的EL驅(qū)動器主要由兩部分組成：開關(guān)升壓變換器和H橋驅(qū)動器。內(nèi)部的高頻振蕩器、N溝道MOSFET與外部的電感L、二極管D和電容Cs組成一個開關(guān)型升壓變換器。內(nèi)部的低頻振蕩器、H橋用于產(chǎn)生EL燈所需的低頻交流高壓。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

當(dāng)MOS管TM門極有觸發(fā)脈沖(由內(nèi)部高頻振蕩器)產(chǎn)生時，TM導(dǎo)通，電源通過L和TM回路給電感儲能；當(dāng)觸發(fā)脈沖結(jié)束后，TM關(guān)閉，電感L通過二極管D給電容充電。所以Cs上的電壓等于電源電壓VDD與電感電壓VL(等于L·di/dt)之和，通過改變門極觸發(fā)脈沖的占空比就可調(diào)整輸出電壓VCS。這部分電路實際上就是一個Boost變換器。由內(nèi)部低頻振蕩器產(chǎn)生的PWM觸發(fā)脈沖用于控制H橋的四個開關(guān)管，使T1、T3和T2、T4交替導(dǎo)通，實現(xiàn)DC－AC變換，在EL燈兩側(cè)得到高壓低頻交流驅(qū)動信號。
2 典型應(yīng)用
　　圖3所示為IMP803典型應(yīng)用電路。

在輸入電壓為3～5V時，可驅(qū)動19.4～38.8cm2的EL背光燈，圖中器件均為表帖型，十分節(jié)省印制板空間。若將Rsw一端接地或用低電平驅(qū)動，整個電路被關(guān)閉，電流通常減小到1μA以下。圖中C為輸入濾波電容，若電源內(nèi)阻較大,C值可相應(yīng)增大。Cs應(yīng)5倍于EL等效電容，且不得小于0.01μF,耐壓為100V。Csw為可選電容，用于消除可能出現(xiàn)的顯示閃爍。電阻RCL用于保護(hù)橋電路免遭峰值電流的影響，它不影響發(fā)光亮度。電阻REL用于設(shè)置驅(qū)動電壓的頻率，其阻值與振蕩頻率成反比。電阻Rsw決定變換器工作頻率，其阻值與頻率成反比，取750kΩ時頻率約為70kHz。L是微小型560μH表帖電感(直流電阻小于14.5Ω),通常L的電感量較小時可以驅(qū)動更大面積的EL燈。由于工作時通過電感的峰值電流可達(dá)數(shù)十毫安，因此要選擇飽和電流足夠大的電感以防飽和。二極管D要選用快恢復(fù)型，耐壓大于100V。
3 設(shè)計的幾點(diǎn)注意事項
　　噪音 外部電磁干擾(EMI)會產(chǎn)生親爍甚至失控，通過在Rsw上模擬一個禁止信號可避免這種情況的發(fā)生，具體如下：a)電感和EMI干擾源周圍推薦用電源地的金屬布線進(jìn)行封閉隔離；b)布局設(shè)計要考慮把Rsw和REL同高壓和脈沖電流隔開。
　　電源 如果2.0V＜VL＜6.5V，VL可以連接到VDD，否則，VL要使用獨(dú)立的電源(VL的電壓范圍可以是1～15V)。
　　保護(hù) 如果VCS＞80V，應(yīng)使用RCL(限流電阻)，最小510Ω。這樣在導(dǎo)通期間對輸出晶體管起到保護(hù)作用。