場(chǎng)致發(fā)光燈驅(qū)動(dòng)器在超低噪音領(lǐng)域中的應(yīng)用

1、場(chǎng)致發(fā)光燈驅(qū)動(dòng)器在超低噪音領(lǐng)域中的應(yīng)用場(chǎng)致發(fā)光燈驅(qū)動(dòng)器（EL Lamp Drivers）廣泛應(yīng)用于液晶顯示器（LCDs）背光源電路中。當(dāng)EL片發(fā)光時(shí)會(huì)產(chǎn)生可聽(tīng)見(jiàn)的噪音或音調(diào)，這在手機(jī)及MP3播放器等要求低噪音的電子產(chǎn)品中是不允許的。本文主要以IMP522（雙EL燈驅(qū)動(dòng)IC）及IMP528（單EL燈驅(qū)動(dòng)IC）在要求低噪音的背光照明系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)為例，通過(guò)與Durel和Sipex場(chǎng)致發(fā)光燈驅(qū)動(dòng)器的對(duì)比，來(lái)論述可聽(tīng)見(jiàn)噪音產(chǎn)生的根源及如何將噪音減少到可接受的水平。場(chǎng)致發(fā)光燈一、 一、結(jié)構(gòu)化學(xué)物質(zhì)磷在有能量提供的前提下可以發(fā)光。EL燈就是將涂敷有磷的介質(zhì)疊層在兩個(gè)導(dǎo)體之間，頂層透明，結(jié)構(gòu)類(lèi)似于一個(gè)電容，如

2、圖1所示： 頂層聚酯膜 （透明）   磷層   介質(zhì)層      導(dǎo)體   底層聚酯膜 （帶引腳）    EL燈     圖1：EL燈的結(jié)構(gòu)  二、 二、EL燈的特性：EL燈是一種面發(fā)光的冷光源，發(fā)光均勻且無(wú)光斑，功耗低，可以根據(jù)需要分割成很小、復(fù)雜、不規(guī)則的形狀。EL燈的顏色主要由磷的化學(xué)成分和激勵(lì)信號(hào)決定。EL燈需要901000Hz、40200V的交流高壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。燈的亮度隨著驅(qū)動(dòng)波形的電壓和頻率的變化而變化，如圖2所示：

3、 圖2：燈的亮度與頻率和電壓的關(guān)系曲線 通常綠燈或藍(lán)綠燈的效率最高。白色等其它顏色可通過(guò)采用染料或合適的磷來(lái)實(shí)現(xiàn)。藍(lán)綠燈的效率是綠燈的8590%，而白燈僅為50%。不同廠家生產(chǎn)的燈在性能上均有差異，通常EL燈可以看成一個(gè)26nF/in²的電容，如圖3所示： 注： Rs阻值一般為幾百歐姆Rp表示介質(zhì)漏電阻，一般為幾百千歐 圖3：EL燈的等效電路 IMP公司EL 燈驅(qū)動(dòng)器IC IMP公司的EL燈驅(qū)動(dòng)器IC系列如圖4所示： 圖4：IMP公司EL燈驅(qū)動(dòng)器IC系列EL燈驅(qū)動(dòng)器能將直流電源的低壓或電池電壓變換成峰峰值為220V的交流高壓來(lái)驅(qū)動(dòng)EL燈，內(nèi)部功能如圖5所示。它主要由開(kāi)關(guān)升壓

4、變換器和H橋驅(qū)動(dòng)器兩部分組成。內(nèi)部的高頻振蕩器（頻率由R設(shè)置，60kHz左右）、MOSFET與外部的電感L、二極管D和電容Cs組成一個(gè)開(kāi)關(guān)升壓變換器。內(nèi)部的低頻振蕩器（頻率由R設(shè)置，400Hz左右）和H橋產(chǎn)生EL燈所需的低頻交流高壓。電阻R影響EL燈的亮度、顏色及壽命。電阻R影響升壓變換器的功率和效率。 圖5：IC系統(tǒng)框圖  IMP公司EL燈驅(qū)動(dòng)器IC內(nèi)部具有穩(wěn)壓電路，以免因使用舊電池等原因而使輸入電壓不穩(wěn)。輸出電壓調(diào)節(jié)特性如圖6所示： 圖6：IMP公司EL燈驅(qū)動(dòng)器的輸出調(diào)節(jié)電壓 IMP公司EL燈驅(qū)動(dòng)器IC可以驅(qū)動(dòng)相當(dāng)于50 nF以上容量的或尺寸在15in²左右的EL。為了

5、便于客戶(hù)根據(jù)堿性電池的數(shù)量、輸出電壓及用途等進(jìn)行選用，特制表1。型號(hào) 電池?cái)?shù) 輸出電壓用途IMP525 1 112Vpp輸出功率小、延長(zhǎng)電池壽命IMP527 1 180Vpp初始亮度比IMP525高IMP560 24 112Vpp低電流、系統(tǒng)功耗最小化IMP80324 180Vpp通用IMP52824 220Vpp驅(qū)動(dòng)PDA和LCD顯示屏所用最亮、最大的EL燈IMP52224 220Vpp手機(jī)應(yīng)用所需的雙路驅(qū)動(dòng)  表1：IMP公司EL燈驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品對(duì)比EL燈驅(qū)動(dòng)器IC應(yīng)用于手機(jī)中的設(shè)計(jì)原則 手機(jī)LCD顯示屏上使用一個(gè)或兩個(gè)EL燈，由可充電電池作電源，電壓為36V。手機(jī)中的EL燈驅(qū)動(dòng)

6、電路需要特殊設(shè)計(jì)，以便高效及低噪音，基本原則為：1、 1、  功耗最低2、 2、  減小EL燈所產(chǎn)生的可聽(tīng)見(jiàn)的噪音3、 3、  提供合適的背景燈亮度4、 4、  可用于雙屏顯示的手機(jī)噪音不同于LED背景燈，EL燈易產(chǎn)生噪音，使得EL燈的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)較復(fù)雜。在手機(jī)的使用中，EL燈及驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的噪音必須很小。一種方式是使燈的驅(qū)動(dòng)頻率超出可聽(tīng)見(jiàn)的頻率范圍，但這不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樵谙嗤炼鹊臈l件下，燈的功耗隨頻率而變，如圖7所示：  圖7：在相同的亮度下燈的功耗一、 一、噪音的來(lái)源：電流流過(guò)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，有較大的強(qiáng)度，將引起電感等元件振動(dòng)或感應(yīng)其它元件振動(dòng)

7、。EL燈本身在交流驅(qū)動(dòng)電壓作用下，也將產(chǎn)生蜂鳴，這是噪音的主要來(lái)源。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)將燈的噪音降到最低。燈的外形、尺寸決定了它的共振特性，但在實(shí)際應(yīng)用中是很難確定的，因?yàn)槊總€(gè)燈的共振特性都不同，并且受燈的粘貼技術(shù)的影響。二、人耳的反映：一般EL燈的頻率為100Hz500Hz，頻率越低，功耗越小，有助于延長(zhǎng)燈的壽命，但燈的亮度將減弱。在這個(gè)頻率范圍，人的耳朵聽(tīng)到的音量有較大的差別。在音量相同的條件下，頻率越低，聲音的強(qiáng)度要求越高，如圖所示。這將有助于我們?cè)O(shè)計(jì)低噪音燈驅(qū)動(dòng)電路，即燈的頻率降低，人耳聽(tīng)到的噪音將減弱。圖：人耳的音量等高線 噪音的檢測(cè)和頻譜分析燈所產(chǎn)生的噪音受驅(qū)動(dòng)波的頻率

8、、振幅的峰值、燈的粘貼、燈的尺寸及外形的影響。尺寸為²、亮度為的小燈所產(chǎn)生的噪音相當(dāng)于環(huán)境背景噪音，如此弱的噪音需要精密的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。為了估算不同的驅(qū)動(dòng)波所產(chǎn)生的噪音，我們特別設(shè)計(jì)了一套聲音檢測(cè)系統(tǒng)，包括一個(gè)高靈敏的麥克風(fēng)和一個(gè)高增益、帶寬較窄的前置放大器。將燈極其驅(qū)動(dòng)電路放在一個(gè)音箱中以減少背景噪音，將放大的信號(hào)輸入聲音頻譜分析儀對(duì)燈的噪音進(jìn)行頻譜分析。頻譜分析儀清楚地顯示，不同的驅(qū)動(dòng)波產(chǎn)生的諧波成分不同。同一個(gè)燈在亮度相同的情況下，三種不同的驅(qū)動(dòng)波形所產(chǎn)生的噪音頻譜如圖所示。其中，驅(qū)動(dòng)波的頻率不變，對(duì)振幅進(jìn)行調(diào)整以便亮度相同。圖為方波驅(qū)動(dòng)的頻譜；圖（）為指數(shù)波驅(qū)動(dòng)的頻譜（上

9、升、下降時(shí)間為）；圖（）為正弦波驅(qū)動(dòng)的頻譜。 圖：方波驅(qū)動(dòng)的頻譜   圖（）：指數(shù)波驅(qū)動(dòng)的頻譜     圖（）：正弦波驅(qū)動(dòng)的頻譜燈的尺寸：×燈亮度：頻率：經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試，我們得出結(jié)論，正弦波的噪音最低。它不會(huì)突變從而產(chǎn)生額外的可聽(tīng)見(jiàn)的聲音。指數(shù)波及方波會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。依據(jù)所產(chǎn)生的噪音大小，我們對(duì)波形進(jìn)行如下排列：、 、正弦波最低、 、指數(shù)波較低、 、方波最高 燈的粘貼燈的粘貼比較關(guān)鍵，因?yàn)樗鼘?duì)噪音影響較大。我們對(duì)同一個(gè)燈，在亮度都為10.5FL的前提下,采用三種不同的粘貼技術(shù)對(duì)可聽(tīng)見(jiàn)的噪音進(jìn)行了測(cè)試。圖10為噪音

10、強(qiáng)度隨頻率變化的曲線。 圖10 ：三種不同粘貼技術(shù)所檢測(cè)的噪音強(qiáng)度 我們可以看到，當(dāng)燈粘貼在導(dǎo)電的或接地的表面上時(shí)，可聽(tīng)見(jiàn)的噪音強(qiáng)度顯著增加。我們知道燈是由被介質(zhì)隔離的兩個(gè)導(dǎo)電片構(gòu)成的，燈的底部的導(dǎo)電片與外部的導(dǎo)電平面之間有一個(gè)顯著的電容，當(dāng)燈被驅(qū)動(dòng)時(shí)，它們之間將產(chǎn)生移動(dòng)效應(yīng)，從而產(chǎn)生可聽(tīng)見(jiàn)的噪音。因此，當(dāng)可聽(tīng)見(jiàn)的噪音要求要小的時(shí)候，最好的辦法是去掉燈下面的導(dǎo)電平面，也可以采用絕緣墊片。燈的粘貼技術(shù)如圖所示。IMP522（雙燈驅(qū)動(dòng)器）手機(jī)中的應(yīng)用IMP522是一個(gè)真正的雙燈驅(qū)動(dòng)器，腳封裝。驅(qū)動(dòng)一個(gè)燈還是兩個(gè)燈可通過(guò)一個(gè)引腳進(jìn)行設(shè)置。它可以同IMP528一樣只驅(qū)動(dòng)一個(gè)燈而不需要額外添加

11、外部元件。我們已經(jīng)論證了在低可聽(tīng)見(jiàn)噪音的應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)波形應(yīng)接近正弦波。圖所示為已優(yōu)化的低噪音、低功耗的電路。電阻與燈串聯(lián)來(lái)調(diào)整驅(qū)動(dòng)波形，以便減少燈所產(chǎn)生的噪音。圖（）為增加電阻后的輸出波形；圖（）為輸出波形的頻譜，波形介于正弦波與梯形波之間。在音箱中檢測(cè)到的該電路所產(chǎn)生的噪音低于檢測(cè)系統(tǒng)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。 圖12：IMP522應(yīng)用電路 元件 參數(shù) 規(guī)格生產(chǎn)廠家及型號(hào) 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 圖（）：IMP522輸出波形圖（）：輸出波形頻譜 性能測(cè)試：燈：綠色.9in²(6.2nF) ； EL燈：綠色.5 in²(2.3nF)；輸入電壓（）輸入電流（）輸入功率（）亮度（）.燈：.燈：. 元器件的選擇一、 一、的選擇：通過(guò)電阻可設(shè)置內(nèi)部升壓變換開(kāi)關(guān)的頻率，開(kāi)關(guān)頻率通常為，它與成正比。它控制升壓泵的功率。當(dāng)電感和電池電壓不變時(shí)，增大開(kāi)關(guān)頻率將減少電感電流的峰值，電感儲(chǔ)存的能量與電感值和電流的平方成正比（.²）。二、 二、       

13、60;      、的選擇：通過(guò)電阻可設(shè)置燈整流橋的頻率。燈的頻率范圍通常為至，它與成正比。燈的頻率決定燈的亮度。我們知道，人的耳朵對(duì)低頻不敏感，因此選擇低的頻率有利于在要求低噪音的領(lǐng)域中應(yīng)用。三、的選擇：電阻可調(diào)整燈的驅(qū)動(dòng)波形以減少可聽(tīng)見(jiàn)的噪音。它與燈的電容串聯(lián)形成時(shí)間常數(shù)對(duì)波形整形。它的阻值取決于燈負(fù)載，通常為到歐姆。四、的選擇：在要求低噪音的應(yīng)用領(lǐng)域和對(duì)于手機(jī)中的小燈來(lái)說(shuō)，減小可使燈的驅(qū)動(dòng)波形更光滑，通常為到。五、亮度對(duì)于手機(jī)而言，適當(dāng)?shù)牧炼葹榈健Ｔ龃鬅舻尿?qū)動(dòng)電壓峰峰值或增大燈的整流頻率可以提高燈的亮度。IMP528低噪音電路IMP528

14、的低噪音電路如圖所示：    圖：IMP528低噪音電路 元件 參數(shù) 規(guī)格生產(chǎn)廠家及型號(hào) RSW .M 0.1W REL .M 0.1W  RAB .K0.1W  L 3300H IDC80mA /11CoilCraft DS1608C-335 Cs 2.2nF 100VNOVACAP 0805B222J101N  圖（）：IMP528輸出波形圖（）：輸出波形頻譜 性能測(cè)試：燈：綠色2.13in²(6.2nF) 輸入電壓（）輸入電流（）輸入功率（）亮度（）.6 9.4 33.8燈：4.4 

15、60;    對(duì)比分析單燈驅(qū)動(dòng)器的對(duì)比：以下為在標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)顯示屏中，在亮度相同的情況下，三種低噪音驅(qū)動(dòng)器在各自的應(yīng)用電路中所進(jìn)行的噪音和效率測(cè)試：驅(qū)動(dòng)器輸入電壓（）輸入電流（）輸入功率（）輸出電壓(Vpp)輸出頻率 (Hz)亮度(FL)分析IMPIMP528.48.84190 259 5.2圖16(1)DurelD371A.80.19 198 263 5.2 圖16(2)SipexSP4438控制電壓：.電源電壓：.控制電流：.電源電流：.150.3 184 261 5.2圖16(3)              圖16(1)：IMP528 圖16(2)：Durel D371A 圖16(3)：Sipex SP4438我們可以清楚地看到，三種驅(qū)動(dòng)器都能使燈達(dá)到合適的亮度。IMP528和Durel D371A驅(qū)動(dòng)波形相似，而Sipex SP4438最接近于真正的正弦驅(qū)動(dòng)波形。同時(shí)我們也看到，并不是所有的都可用于以電池為電源的電路。