优化设计MAX4990高电压DC-AC转换器，用于EL灯驱动 转换器, 信息, 影响

yuyang911220

优化设计MAX4990高电压DC-AC转换器，用于EL灯驱动
摘要：场致发光(EL)灯上的交流波形(电压和频率)直接影响灯的亮度、电流大小以及辐射光的颜色，调整输出波形摆率会影响灯本身产生的音频噪声。因此，必须根据每一应用的需求优化MAX4990电路。本应用笔记提供了电路优化的相关信息，介绍MAX4990采用的最佳外部元件。


引言MAX4990是设计用于驱动场致发光(EL)灯的高压DC-AC转换器。为产生驱动EL面板需要的高压，MAX4990采用了一个高频升压变压器，以及一个高电压、全桥输出级来产生适合驱动EL灯的高压交流波形。MAX4990的专用音频噪声抑制电路控制驱动EL面板的AC电压摆率，从而减小了音频噪声。

MAX4990提供DIM引脚，使用户能够通过PWM或者直流模拟电压，或者连接一个电阻至GND，设置EL输出电压。利用DIM引脚上和电阻并联的一个电容，用户可以设置MAX4990慢接通/关断时间。

EL灯的亮度、电流大小和辐射灯光的颜色受到灯上交流波形(电压和频率)的影响。调整输出波形摆率会影响灯本身产生的音频噪声。因此，必须根据每一应用的需求来优化MAX4990电路。本应用笔记讨论MAX4990应采用的电路优化措施，以及外部元件的选择。


EL灯及其属性EL灯在制造中采用了绝缘材料上均匀分布的磷粒子光辐射层。这些层夹在底层电极和透明电极中间，在电极上覆盖了保护聚合层。

一般可以把EL灯当做电容，如图1所示。


图1. 简化的EL灯结构图，显示了其电阻和电容

当EL灯电极被加上交替改变的电压时，上能级的磷电子(价电带)被激发，跃迁到更高能级。然而，高能级不稳定，所以，被激发的电子返回到最初能级，释放一个光子。由于磷粒子均匀分布，因此，EL灯辐射的光在灯表面看起来非常柔和。

频率变化会影响辐射光的颜色，而电压和频率都会影响EL灯的亮度。提高电压或者频率会增强灯的亮度，但也会影响灯的使用寿命。一般而言，和提高电压相比，提高灯的频率(fEL)会更迅速减少灯使用寿命。EL灯的使用寿命一般采用亮度减半时的工作时间(TTHL)，即，“半亮度寿命”时间表示，它是在一定电压和频率下，EL灯亮度降至最初亮度一半时的时间。TTHL标准通常由EL灯生产商提供，规定以千小时表示。手持产品中，灯不需要始终打开，TTHL一般不是大问题。

一般有两类EL灯：高压EL灯和低压EL灯。高压EL灯阈值电压要比低压EL灯高得多，意味着高压EL灯需要较高的峰峰值电压才能点亮。高压EL灯需采用变压器驱动电路进行驱动，而低压EL灯采用基于IC的EL驱动电路进行驱动。因此，针对每一应用选择合适的EL灯是优化电路的第一步。
MAX4990电路优化电路优化包括选择外部元件，以满足每一EL面板应用需要的参数。这些参数包括：输出电压、电流、灯频率、灯亮度要求、灯产生的音频噪声，以及输出波形等。


DC-DC转换通过升压变压器来产生较高的直流输出电压。升压变压器(图2)包括：内部DMOS开关(Q)、内部开关振荡器、外部电感(LX)、外部快速逆向恢复二极管(D)，以及外部高压电容(CS)。


图2. 用于产生较高直流输出电压的升压变压器

当开关Q接通/关断时，电感LX被冲放电。通过二极管D释放的能量存储在电容CS中。

可以按照以下方法设置LX的开关频率(fSW)：

• SLEW和SW引脚上的RSLEW电阻和CSW电容(分别)连接至GND，如图3所示。
  
  
  图3. SLEW引脚上的电阻和SW引脚上的电容一起用于计算LX开关频率
  
  按下式计算LX开关频率：
  
  
• 直接将PWM信号驱动至SW引脚，如图4所示。
  
  
  图4. 90%占空比PWM信号被驱动至SW引脚

由于需要确定升压变压器是否能够提供应用所需要的电流，而且不会导致电感饱和，因此，电感的选择非常重要，必须非常小心电感的电流饱和电平。按下式来计算电感(ILX)上的电流：



其中：
VIN = 电感供电电压
RLX = 电感阻抗
LX = 电感值
RQ = 内部DMOS开关阻抗
fSW = 电感开关频率
tON = (占空比)/fSW = 内部MOSFET开关接通时间

在确定电感是否饱和时，如果没有电流探针，则必须监控LX和D (图5)之间节点上的波形。


图5. 红色圆圈显示，应在此放置示波器探针来探测电感是否饱和

图6显示，怎样探测电感是否进入饱和状态。下面的电压波形并没有线性增加，而是弯曲向上，表明电感开始饱和。


图6. 当波形弯曲向上，而不是线性增加时，表明电感开始饱和

在正常工作范围内的电感波形与图7中的相似。下面的电压波形线性增加，表明电感没有饱和。


图7. 下面的波形线性增加表明没有出现电感饱和

为防止电感出现饱和，必须使用较短的接通时间(快速fSW)。这可以在SW引脚至GND之间使用较小的CSW来实现，也可以使用频率较高的PWM信号来实现。

我们还需要确定LX有足够的时间通过外部二极管将其存储的能量释放给CS，从而防止电感饱和。这通过为LX选择合适的fSW来实现。

由于二极管必须含有从LX传送给CS的所有能量，所以，二极管的逆向恢复时间非常重要。因此，建议MAX4990采用逆向恢复时间较快的二极管，例如BAS21或者BAS20等。

需要根据灯大小以及输出波形能够承受的波纹量来选择CS值。一般而言，建议使用的CS值是EL灯电容的值1/10。对于任意给定的fSW，较大的CS值减小了输出波形的波纹。当选择较小的CS值时，一般建议采用较大的电感开关频率。