新型场致发光灯驱动器IMP803的原理与应用

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。