新型场致发光灯驱动器IMP803的原理与应用

2009年02月27日 10:02    李宽
关键词: 场致发光 , 驱动器 , 应用 , 原理
  近年来,场致发光灯(EL)在照明、标牌、键盘以及玩具中的应用日益广泛,目前大量用作LCD背光源。过去的 基于变压器的EL场致发光灯驱动器有许多缺点:体积庞大、笨重、噪音大并对负载的依赖非常大。在频率较低时,这一缺点显得更加突出。本文介绍的单电感驱动 器IMP803具有极低的电磁干扰(EMI),并且易于控制。
1 IMP803的基本工作原理
  场 致发光灯是一种面发光的冷光源,由夹在两层导体(电极)之间的磷光涂层绝缘体构成。当施加在两个金属电极之间的电压极性发生改变时,荧光粉才会发光,因此 所加的电压必须是交流的。并且光的强度和所加电压的幅度和频率基本上成正比。场致发光灯通常具有大约0.3~0.9nF/cm2的等效负载电容,需要一个频率为400~1000Hz、峰-峰幅值为50~200V的交流高压电来驱动。
  IMP803是美国IMP公司开发的一种场致发光灯驱动器,图1为IMP803的引脚图,表1是相应的引脚说明。
  IMP803采用高压CMOS工艺,可将高达30nF电容量的EL灯驱动到高亮度,也可驱动大于30nF的EL灯,但亮度较低。可调整输出功率,以控制灯的颜色、寿命和功耗。加到EL灯上的稳定输出电压典型

 


  峰-峰值为180V。电路只需少量外围元件:一个电感、一个二极管、两个电容和三个电阻
  IMP803工作于2.0V~6.0V电源电压范围,可由一个小功率稳定电源提供小的静态电流。当灯的驱动电压达到峰-峰值180V时,一个内部电路将开关稳压器关闭,这样可节省电源并延长电池寿命。
  IMP803的EL驱动器主要由两部分组成:开关升压变换器和H桥驱动器。内部的高频振荡器、N沟道MOSFET与外部的电感L、二极管D和电容Cs组成一个开关型升压变换器。内部的低频振荡器、H桥用于产生EL灯所需的低频交流高压。其系统结构如图2所示。


  当MOS管TM门极有触发脉冲(由内部高频振荡器)产生时,TM导通,电源通过L和TM回路给电感储能;当触发脉冲结束后,TM关闭,电感L通过二极管D给电容充电。所以Cs上的电压等于电源电压VDD与电感电压VL(等于L·di/dt)之和,通过改变门极触发脉冲的占空比就可调整输出电压VCS。这部分电路实际上就是一个Boost变换器。由内部低频振荡器产生的PWM触发脉冲用于控制H桥的四个开关管,使T1、T3和T2、T4交替导通,实现DC-AC变换,在EL灯两侧得到高压低频交流驱动信号。
2 典型应用
  图3所示为IMP803典型应用电路。


  在输入电压为3~5V时,可驱动19.4~38.8cm2的EL背光灯,图中 器件均为表帖型,十分节省印制板空间。若将Rsw一端接地或用低电平驱动,整个电路被关闭,电流通常减小到1μA以下。图中C为输入滤波电容,若电源内阻 较大,C值可相应增大。Cs应5倍于EL等效电容,且不得小于0.01μF,耐压为100V。Csw为可选电容,用于消除可能出现的显示闪烁。电阻RCL 用于保护桥电路免遭峰值电流的影响,它不影响发光亮度。电阻REL用于设置驱动电压的频率,其阻值与振荡频率成反比。电阻Rsw决定变换器工作频率,其阻 值与频率成反比,取750kΩ时频率约为70kHz。L是微小型560μH表帖电感(直流电阻小于14.5Ω),通常L的电感量较小时可以驱动更大面积的 EL灯。由于工作时通过电感的峰值电流可达数十毫安,因此要选择饱和电流足够大的电感以防饱和。二极管D要选用快恢复型,耐压大于100V。
3 设计的几点注意事项
  噪音 外部电磁干扰(EMI)会产生亲烁甚至失控,通过在Rsw上模拟一个禁止信号可避免这种情况的发生,具体如下:a)电感和EMI干扰源周围推荐用电源地的金属布线进行封闭隔离;b)布局设计要考虑把Rsw和REL同高压和脉冲电流隔开。
  电源 如果2.0V<VL<6.5V,VL可以连接到VDD,否则,VL要使用独立的电源(VL的电压范围可以是1~15V)。
  保护 如果VCS>80V,应使用RCL(限流电阻),最小510Ω。这样在导通期间对输出晶体管起到保护作用。
参考文献
1 Electroluminescent Lamp Drivers.IMP,Inc
2 IMP803高电压电致发光(EL)灯驱动器数据手册.武汉:武汉力源电子股份有限公司

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