场致发光灯驱动器在超低噪音领域中的应用

1、场致发光灯驱动器在超低噪音领域中的应用场致发光灯驱动器（EL Lamp Drivers）广泛应用于液晶显示器（LCDs）背光源电路中。当EL片发光时会产生可听见的噪音或音调，这在手机及MP3播放器等要求低噪音的电子产品中是不允许的。本文主要以IMP522（双EL灯驱动IC）及IMP528（单EL灯驱动IC）在要求低噪音的背光照明系统中的设计为例，通过与Durel和Sipex场致发光灯驱动器的对比，来论述可听见噪音产生的根源及如何将噪音减少到可接受的水平。场致发光灯一、 一、结构化学物质磷在有能量提供的前提下可以发光。EL灯就是将涂敷有磷的介质叠层在两个导体之间，顶层透明，结构类似于一个电容，如

2、图1所示： 顶层聚酯膜 （透明）   磷层   介质层      导体   底层聚酯膜 （带引脚）    EL灯     图1：EL灯的结构  二、 二、EL灯的特性：EL灯是一种面发光的冷光源，发光均匀且无光斑，功耗低，可以根据需要分割成很小、复杂、不规则的形状。EL灯的颜色主要由磷的化学成分和激励信号决定。EL灯需要901000Hz、40200V的交流高压进行驱动。灯的亮度随着驱动波形的电压和频率的变化而变化，如图2所示：

3、 图2：灯的亮度与频率和电压的关系曲线 通常绿灯或蓝绿灯的效率最高。白色等其它颜色可通过采用染料或合适的磷来实现。蓝绿灯的效率是绿灯的8590%，而白灯仅为50%。不同厂家生产的灯在性能上均有差异，通常EL灯可以看成一个26nF/in²的电容，如图3所示： 注： Rs阻值一般为几百欧姆Rp表示介质漏电阻，一般为几百千欧 图3：EL灯的等效电路 IMP公司EL 灯驱动器IC IMP公司的EL灯驱动器IC系列如图4所示： 图4：IMP公司EL灯驱动器IC系列EL灯驱动器能将直流电源的低压或电池电压变换成峰峰值为220V的交流高压来驱动EL灯，内部功能如图5所示。它主要由开关升压

4、变换器和H桥驱动器两部分组成。内部的高频振荡器（频率由R设置，60kHz左右）、MOSFET与外部的电感L、二极管D和电容Cs组成一个开关升压变换器。内部的低频振荡器（频率由R设置，400Hz左右）和H桥产生EL灯所需的低频交流高压。电阻R影响EL灯的亮度、颜色及寿命。电阻R影响升压变换器的功率和效率。 图5：IC系统框图  IMP公司EL灯驱动器IC内部具有稳压电路，以免因使用旧电池等原因而使输入电压不稳。输出电压调节特性如图6所示： 图6：IMP公司EL灯驱动器的输出调节电压 IMP公司EL灯驱动器IC可以驱动相当于50 nF以上容量的或尺寸在15in²左右的EL。为了

5、便于客户根据碱性电池的数量、输出电压及用途等进行选用，特制表1。型号 电池数 输出电压用途IMP525 1 112Vpp输出功率小、延长电池寿命IMP527 1 180Vpp初始亮度比IMP525高IMP560 24 112Vpp低电流、系统功耗最小化IMP80324 180Vpp通用IMP52824 220Vpp驱动PDA和LCD显示屏所用最亮、最大的EL灯IMP52224 220Vpp手机应用所需的双路驱动  表1：IMP公司EL灯驱动器系列产品对比EL灯驱动器IC应用于手机中的设计原则 手机LCD显示屏上使用一个或两个EL灯，由可充电电池作电源，电压为36V。手机中的EL灯驱动

6、电路需要特殊设计，以便高效及低噪音，基本原则为：1、 1、  功耗最低2、 2、  减小EL灯所产生的可听见的噪音3、 3、  提供合适的背景灯亮度4、 4、  可用于双屏显示的手机噪音不同于LED背景灯，EL灯易产生噪音，使得EL灯的驱动电路的设计较复杂。在手机的使用中，EL灯及驱动电路产生的噪音必须很小。一种方式是使灯的驱动频率超出可听见的频率范围，但这不现实，因为在相同亮度的条件下，灯的功耗随频率而变，如图7所示：  图7：在相同的亮度下灯的功耗一、 一、噪音的来源：电流流过驱动电路时，有较大的强度，将引起电感等元件振动或感应其它元件振动

7、。EL灯本身在交流驱动电压作用下，也将产生蜂鸣，这是噪音的主要来源。在设计驱动电路时，应将灯的噪音降到最低。灯的外形、尺寸决定了它的共振特性，但在实际应用中是很难确定的，因为每个灯的共振特性都不同，并且受灯的粘贴技术的影响。二、人耳的反映：一般EL灯的频率为100Hz500Hz，频率越低，功耗越小，有助于延长灯的寿命，但灯的亮度将减弱。在这个频率范围，人的耳朵听到的音量有较大的差别。在音量相同的条件下，频率越低，声音的强度要求越高，如图所示。这将有助于我们设计低噪音灯驱动电路，即灯的频率降低，人耳听到的噪音将减弱。图：人耳的音量等高线 噪音的检测和频谱分析灯所产生的噪音受驱动波的频率

8、、振幅的峰值、灯的粘贴、灯的尺寸及外形的影响。尺寸为²、亮度为的小灯所产生的噪音相当于环境背景噪音，如此弱的噪音需要精密的检测设备进行检测。为了估算不同的驱动波所产生的噪音，我们特别设计了一套声音检测系统，包括一个高灵敏的麦克风和一个高增益、带宽较窄的前置放大器。将灯极其驱动电路放在一个音箱中以减少背景噪音，将放大的信号输入声音频谱分析仪对灯的噪音进行频谱分析。频谱分析仪清楚地显示，不同的驱动波产生的谐波成分不同。同一个灯在亮度相同的情况下，三种不同的驱动波形所产生的噪音频谱如图所示。其中，驱动波的频率不变，对振幅进行调整以便亮度相同。图为方波驱动的频谱；图（）为指数波驱动的频谱（上

9、升、下降时间为）；图（）为正弦波驱动的频谱。 图：方波驱动的频谱   图（）：指数波驱动的频谱     图（）：正弦波驱动的频谱灯的尺寸：×灯亮度：频率：经过大量的测试，我们得出结论，正弦波的噪音最低。它不会突变从而产生额外的可听见的声音。指数波及方波会产生较大的噪音。依据所产生的噪音大小，我们对波形进行如下排列：、 、正弦波最低、 、指数波较低、 、方波最高 灯的粘贴灯的粘贴比较关键，因为它对噪音影响较大。我们对同一个灯，在亮度都为10.5FL的前提下,采用三种不同的粘贴技术对可听见的噪音进行了测试。图10为噪音

10、强度随频率变化的曲线。 图10 ：三种不同粘贴技术所检测的噪音强度 我们可以看到，当灯粘贴在导电的或接地的表面上时，可听见的噪音强度显著增加。我们知道灯是由被介质隔离的两个导电片构成的，灯的底部的导电片与外部的导电平面之间有一个显著的电容，当灯被驱动时，它们之间将产生移动效应，从而产生可听见的噪音。因此，当可听见的噪音要求要小的时候，最好的办法是去掉灯下面的导电平面，也可以采用绝缘垫片。灯的粘贴技术如图所示。IMP522（双灯驱动器）手机中的应用IMP522是一个真正的双灯驱动器，脚封装。驱动一个灯还是两个灯可通过一个引脚进行设置。它可以同IMP528一样只驱动一个灯而不需要额外添加

11、外部元件。我们已经论证了在低可听见噪音的应用中，驱动波形应接近正弦波。图所示为已优化的低噪音、低功耗的电路。电阻与灯串联来调整驱动波形，以便减少灯所产生的噪音。图（）为增加电阻后的输出波形；图（）为输出波形的频谱，波形介于正弦波与梯形波之间。在音箱中检测到的该电路所产生的噪音低于检测系统所规定的标准。 图12：IMP522应用电路 元件 参数 规格生产厂家及型号 RSW 1.1M 0.1W REL 4 M 0.1W  RAB 18K0.1W  L 2200H IDC64mA /39TOKO 875FU-222M Cs 3.3nF 100VNOVACAP 0805B

12、332J101N 图（）：IMP522输出波形图（）：输出波形频谱 性能测试：灯：绿色.9in²(6.2nF) ； EL灯：绿色.5 in²(2.3nF)；输入电压（）输入电流（）输入功率（）亮度（）.灯：.灯：. 元器件的选择一、 一、的选择：通过电阻可设置内部升压变换开关的频率，开关频率通常为，它与成正比。它控制升压泵的功率。当电感和电池电压不变时，增大开关频率将减少电感电流的峰值，电感储存的能量与电感值和电流的平方成正比（.²）。二、 二、       

13、60;      、的选择：通过电阻可设置灯整流桥的频率。灯的频率范围通常为至，它与成正比。灯的频率决定灯的亮度。我们知道，人的耳朵对低频不敏感，因此选择低的频率有利于在要求低噪音的领域中应用。三、的选择：电阻可调整灯的驱动波形以减少可听见的噪音。它与灯的电容串联形成时间常数对波形整形。它的阻值取决于灯负载，通常为到欧姆。四、的选择：在要求低噪音的应用领域和对于手机中的小灯来说，减小可使灯的驱动波形更光滑，通常为到。五、亮度对于手机而言，适当的亮度为到。增大灯的驱动电压峰峰值或增大灯的整流频率可以提高灯的亮度。IMP528低噪音电路IMP528

14、的低噪音电路如图所示：    图：IMP528低噪音电路 元件 参数 规格生产厂家及型号 RSW .M 0.1W REL .M 0.1W  RAB .K0.1W  L 3300H IDC80mA /11CoilCraft DS1608C-335 Cs 2.2nF 100VNOVACAP 0805B222J101N  图（）：IMP528输出波形图（）：输出波形频谱 性能测试：灯：绿色2.13in²(6.2nF) 输入电压（）输入电流（）输入功率（）亮度（）.6 9.4 33.8灯：4.4 

15、60;    对比分析单灯驱动器的对比：以下为在标准的手机显示屏中，在亮度相同的情况下，三种低噪音驱动器在各自的应用电路中所进行的噪音和效率测试：驱动器输入电压（）输入电流（）输入功率（）输出电压(Vpp)输出频率 (Hz)亮度(FL)分析IMPIMP528.48.84190 259 5.2图16(1)DurelD371A.80.19 198 263 5.2 图16(2)SipexSP4438控制电压：.电源电压：.控制电流：.电源电流：.150.3 184 261 5.2图16(3)              图16(1)：IMP528 图16(2)：Durel D371A 图16(3)：Sipex SP4438我们可以清楚地看到，三种驱动器都能使灯达到合适的亮度。IMP528和Durel D371A驱动波形相似，而Sipex SP4438最接近于真正的正弦驱动波形。同时我们也看到，并不是所有的都可用于以电池为电源的电路。