分析LCD電視的背光、電源及I/O埠電路保護設計與應用

在顯示器技術正在向高清晰、低電磁輻射、低供耗和小體積等方向發(fā)展的今天。雖然，CRT(陰極射線管)顯示器的生產技術越來越成熟，畫面的顯示質量也越來越好，但它的體積和輻射問題仍然是由其本身的物理特性所不可避免的。因此，LCD顯示器就以其體積小，重量輕，無輻射，等特點加快了替代傳統(tǒng)CRT顯示器步伐，更被很多人譽為CRT的終結者。下面我們就來談談LCD顯示器的工作原理。

液晶顯示器中最主要的物質就是液晶，它是一種規(guī)則性排列的有機化合物，是一種介于固體和液體之間的物質，目前一般采用的是分子排列最適合用于制造液晶顯示器的nematic細柱型液晶。液晶的物理特性是：當通電時導通，分子排列變的有秩序，使光線容易通過;不通電時分子排列混亂，阻止光線通過。讓液晶分子如閘門般地阻隔或讓光線穿透。大多數(shù)液晶都屬于有機復合物質，由長棒狀的分子構成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個經精良加工的開槽平面，液晶分子會順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也會是完全平行的。從技術上簡單地說，液晶面板包含了兩片相當精致的無鈉玻璃素材，稱為Substrates,中間夾著一層液晶。當光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。

PPTC元件一般適用于在啟動時會經受大突波電流的電路。 PPTC元件可經受突波電流的沖擊，并省去了更換被燒毀保險絲的麻煩。保險絲適合于不要求自恢復能力的電路設計，或僅在系統(tǒng)產生錯誤的情況下才引起過流沖擊的電路。當軟啟動電路被用于限制突波電流時，保險絲也是一種實用的解決方法。

為提高設備的安全性和可靠性，可如本文討論，將多種過壓與過流保護元件協(xié)同使用，這里過壓保護元件包括：金屬氧化物壓敏電阻(MOV)、多層變阻器(MLV)和靜電釋放(ESD)突波保護元件。

發(fā)光二極管背光保護

LED背光可增強視覺體驗、提供更靈活的背光架構，并可實現(xiàn)比傳統(tǒng)冷陰極螢光燈(CCFL)技術更輕薄的顯示器設計。 LED背光的其它好處還包括：更高的效率、更低的功耗、更長的壽命、更好的耐用性以及可實現(xiàn)較高清晰度的更強對比度。

LED需要精確的功率和熱管理系統(tǒng)，這是由于提供給LED的電能大部份轉換為熱而不是光。如果沒有合適的熱管理措施，這些熱量將對LED的壽命和色彩輸出帶來負面影響。

從電力線耦合進來的瞬變電壓和突波電壓也會降低LED壽命，許多LED驅動器很容易因不正確的直流電壓水平和極性造成損壞，而LED驅動器的輸出則可能會因短路而損壞。大多數(shù)針對LCD電視應用的LED驅動器都包含內嵌的安全特性，如熱關斷以及LED開路和短路檢測。不過，可能需要額外的過流保護元件來幫助保護IC和其它敏感電子元件。

PPTC元件也可被用于防止熱失控，如果LCD監(jiān)視器的冷卻通道被阻塞，就可能產生熱失控現(xiàn)象。 PPTC元件具有檢測和應對過溫事件的能力，因此若將它黏著在適當?shù)奈恢?，它就可以在沒有適當散熱措施的LED工作時切斷電流。

圖1:LED背光的過熱保護方案

圖1顯示了如何把PolySwitch PPTC元件與LED串聯(lián)起來以提供過流保護。為了充分利用PolySwitch元件，可將其固定在金屬芯電路板或LED散熱器上。若LED沒有內建ESD保護電路，可將PESD保護元件與LED并聯(lián)，這有助于保護LED免受ESD突波電壓引起的損害。

I/O埠的過流和過壓保護

I/O埠保護有助于保護零配件免受短路造成的損壞、提高可靠性和保護客戶安全。為滿足管理機構的要求，I/O埠必須提供一種在過載或短路情況下關斷或限制電流的方法。

隨著數(shù)據(jù)速率的增加、電路變得更小巧且更敏感，保護設備免受電路瞬變電壓引起的損害就變得更加重要。 HDMI、USB和DisplayPort規(guī)范要求：最終用戶可觸及的帶電連接器必須具有過流保護功能。過流保護元件必須在無需用戶人工干預的情況下可自動復原，而且其預設置的觸發(fā)閥值必須高于允許的瞬變電流，以防止誤保護動作。

在各種高速介面應用中，PPTC元件已經證明了其有效性。與傳統(tǒng)保險絲一樣，它們也能在規(guī)定的閾值被超過后限制電流。 PPTC元件的低阻抗、快速響應時間和小外形因子等特性已經使得它在許多匯流排供電架構應用中成為過流保護的首選方法。

帶電埠也容易受到包括ESD脈沖在內的過壓瞬變的損害。圖2顯示了一個利用PolySwitch元件進行過流保護的典型電路保護設計，其中使用的PESD元件和變阻器有助于保護埠免受過壓造成的損害。

圖2:利用MLV器件、PESD抑制器和PolySwitch過流保護器件的典型DisplayPort電路保護設計

MLV器件提供低容值并聯(lián)保護、LCD電視應用中所需的大電流處理和能量吸收過壓保護功能。PESD陣列安裝在數(shù)據(jù)線上。PESD器件的低容值有助于防止高數(shù)據(jù)速率信號的退化。

多輸出電源的保護

開關模式電源(SMPS)提供了消費電子產品所需的體積、重量和節(jié)能優(yōu)勢，并繼續(xù)在包括LCD電視顯示器在內的眾多應用中取代線性穩(wěn)壓器。不過，由于SMPS缺乏前期設計中的固有阻抗，它們常常需要更可靠的電路保護。

PPTC過流保護器件可以幫助制造商滿足針對SMPS的UL60950-1/LPS(受限制電源)要求，并有助于提高設備的安全性和可靠性。

在正常工作電流下，PPTC器件具有很低的電阻值。在過流情況下，PPTC器件跳變成高阻態(tài)。所增加的電阻通過將在故障條件下可能流過的電流值減小至一個低的穩(wěn)態(tài)水平，從而幫助保護電路中的設備。在故障被清除前，PPTC器件會一直鎖定在高阻抗狀態(tài)。

雖然PPTC器件不能防止故障發(fā)生，但它們能迅速做出反應，從而有助于防止故障損害下游的器件。此外，PPTC器件的小外型使它們易于在空間受限的應用中使用。

PolySwitch器件可以與電源輸入串聯(lián)使用，以幫助保護系統(tǒng)內的元器件免受短路、電路過載或客戶誤操作造成的損害。另外，安裝在輸入端的MOV器件有助于對LED模塊提供過壓保護。

PolySwitch器件也可以放置在MOV之后。許多設備制造商更喜歡采用將可復位PPTC器件與上游故障安全保護手段相結合的保護電路。在圖3的例子中，R1是一個與保護電路組合使用的穩(wěn)流電阻。

現(xiàn)在市場上有很多針對LCD-TV接口故障保護的標準，每種標準滿足不同的故障保護需求。盡可能使保護器件接近芯片組的I/O和Vcc引腳總是明智之舉，因為電路板走線很容易受到傳導瞬變信號的影響。

良好的接地措施再加上可靠的電路保護器件，可以增強瞬變電壓或電流保護效果，有助于降低返修率和修復成本，并簡化滿足相應標準所需的工作。

由上便可看出，液晶面版的質量并不能完全代表液晶顯示器的品質，沒有出色的顯示電路配合再好的面板也不行。相信隨著LCD產品產量的增加、成本的下降、LCD產品的廣泛普及會指日可待。