优化设计MAX4990高电压DC-AC转换器，用于EL灯驱动（2） 升压变压器, 转换器, 优先级

yuyang911220

EL灯的输出波形MAX4990使用高电压、全桥输出级将升压变压器产生的高电压转换为适合驱动EL面板的交流波形。调整输出电压、输出波形摆率、慢接通和关断，以及输出波形频率来最大程度地优化电路，针对每一应用获得最佳结果。

EL驱动电路优化取决于很多不同的变量。电路优化的最佳方法是针对每一应用对变量进行优先级排列。例如，由于EL灯用于背光目的，灯亮度可以设置为固定值，从而减少了对变量的设置，简化了优化过程。

EL灯的辐射光亮度和颜色取决于输出电压频率。根据灯的颜色，必须使用不同的频率范围。

优化输出波形的第一步是基于所需要的灯颜色来选择合适的fEL。

通过以下方法来调整灯频率：

• SLEW和EL引脚的RSLEW电阻和CEL电容(分别)连接至GND。按下式计算fEL：
  
  
• 在EL引脚加上时钟信号。在这一例子中，fEL是时钟频率的1/4。

灯亮度随频率的提高而增强，如图8所示。请记住，在输入电压不变，当fEL增大时，需要更大的电流值来驱动灯。


图8. EL灯的亮度和频率同时增大

选择了fEL之后，必须选择灯的峰峰值电压(VP-P)，以获得所需的亮度。通过以下方法来控制交流VP-P：

• RDIM和RSLEW组合，按下式计算：
  
  
• 在DIM引脚加上PWM信号。PWM信号的占空比在内部从0转换到1.22V。
• 在DIM引脚加上DC电压。将DC电压从0.35V提升到1.3V，使灯VP-P电压从70V增大到250V。

随着灯上输出电压的增大，EL灯亮度也随之增强(请参考图9)。要提高灯上的电压，需要从电感输入电压源吸收较大的电流。


图9. 随着VP-P的增加，EL灯亮度也随之增强

对于对音频噪声敏感的应用，输出波形摆率非常重要，因为用户可以通过它来调整输出波形，从而减小EL灯产生的音频噪声。

通过RSLEW来控制输出波形的摆率，该电阻连接在SLEW引脚和GND之间。可以按照下式来计算这一摆率：



理想的输出摆率能够减小灯产生的音频噪声，它与灯的大小和机械封装有关。因此，在针对灯选择fEL时，必须考虑封装的共振频率。

在降低灯产生的音频噪声时，一般认为正弦波形是最佳选择。然而，在一定的电压和频率下，正弦波产生的亮度要比方波低。因此，必须根据每种应用的需要来优化每一电路。

随着输出波形摆率的降低，EL灯产生的音频噪声随之降低，吸收的电流也在减小。而较慢的摆率会降低灯亮度，如图10所示。


图10. 灯亮度随着摆率的降低而降低

要恢复由于摆率降低导致的亮度损失，需要提高灯的VP-P。这很容易通过提高输出电压，在给定输入电压下使用较低的fSW实现。较低的fSW延长了电感接通时间，使电感能够存储更多的能量，在每个周期中把更多的能量传送给CS。

在对音频噪声敏感的应用中，不建议对输出波形进行稳压(即，输出波形在顶部不应有平台)。针对应用选择了摆率后，必须调整输出电压以获得灯上的最佳波形。

当使用MAX4990时，对于音频噪声敏感的应用，其最佳波形如图11所示。


图11. 适合对音频噪声敏感应用的波形

MAX4990还具有另一特性，使其更适合很多应用—其慢接通/关断时间实现了EL灯逐渐接通(渐亮)和关断(渐暗)。

通过将电容CDIM和RDIM并联至GND来控制这一慢接通/关断特性(图12)。


图12. CDIM与RDIM并联至GND

慢接通/关断时间是RDIM和CDIM上电压缓慢减小的结果，可以按下式来近似计算：





图13显示了使用CDIM和并联RDIM后对EL灯慢接通/关断的影响。

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图13. CDIM与RDIM并联至GND时，MAX4990的慢接通/关断


优化MAX4990电路当使用MAX4990来优化EL灯电路时，必须按照以下步骤来进行：

• 使用RSLEW = 100kΩ。以后可以改变RSLEW来优化/减小灯产生的音频噪声。
• 根据输入电压以及灯大小来选择电感值。一般而言，当使用MAX4990，驱动灯时，建议电感值在100&micro;H至330&micro;H的范围。从您的供应商那里，针对自己的应用来选择合适的电感(请参考MAX4990数据资料的第11页，了解所推荐的电感)。
• 选择合适的CSW值，设置fSW初始值，防止电感饱和，提供灯上所需要的输出电压。建议选择较小的CSW值，以较快的fSW开始，然后提高这一数值，以保证电感不会进入饱和。
• 选择CEL初始值，提供合适的fEL，以减小RSLEW值。
• 为获得所需的亮度，通过选择合适的RDIM值来设置输出电压。
• 在1nF至10nF之间选择CS值，使输出波形顶部的波纹最小。一般而言，对于体积较大的灯，需要使用较大的CS值。如果采用了某一CS值，重新调整fSW，以减小输出波形顶部的波纹。在大多数情况下，EL灯电容1/10的CS值足够了。
• 根据您具体应用的音频噪声要求，使用合适的RSLEW值，选择合适的输出摆率(dV/dt)。音频噪声随着灯上波形摆率的减小而降低。
• 根据所选的RSLEW值，调整CSW和CEL值，获得合适的灯和电感开关频率。在大多数情况下，只需要调整CEL就可以获得所需的fEL。
• 通过调整RDIM值，再次设置输出电压，以获得所需的亮度。
• 重复步骤2到步骤8，直到您对实际应用的输入电压的电流吸收感到满意。
• 根据设置的RDIM值来选择CDIM，以获得所需的慢接通/关断时间。

使用MAX4990评估套件进行电路优化MAX4990评估套件(EV kit)对实际应用电路进行初步优化。利用该评估套件，用户能够通过单独的板上可调电容和电阻来设置fSW、fEL、输出电压和输出波形的摆率。

利用板上的555定时器，用户可以选择不同的电感开关频率以及fEL，不需要改变CSW和CEL值，RSLEW值不会对这些频率有影响。

建议采用以下仪表设备来优化MAX4990电路：

• 电源。
• 万用表和电源串联以测量电流吸收。
• 双通道示波器来监视波形，以及灯上波形的变化(一个通道连接VA，另一通道连接VB；如果需要，在VB置反信号上增加VA来观察灯上的差分电压)。
• 需要灯生产商提供的电压和频率亮度测量标准或者规范，以获得一定的亮度。

以下过程详细介绍了在驱动20nF绿灯时，如何使用MAX4990评估套件优化电路，当VDD = VBATT = 3.6V时，提供37cd/m&sup2;，fEL = 400Hz。注意，评估套件使用的电感是TOKO提供的220&micro;H电感(D312C系列，序号1001BS-221M)，其CS值是3.3nF (150V)。

在MAX4990评估套件中使用555定时器来优化电路时，需要按照以下步骤在JU4和JU5上放置跳接器：

• JU1位于2和3之间，设置VR1为0Ω。正确设置JU4和JU5跳线。
• 使用3.6V电源对评估套件供电，EL灯与电源连接，JU8置位。
• 使用VR3设置fEL为400Hz。
• 使用VC1将电流消耗置为最小值。