詳解保護(hù)機(jī)制 LED背光模組安全性升級(jí)

現(xiàn)今已有越來越多電子產(chǎn)品采用LED背光模塊，為確保背光模塊性能，LED驅(qū)動(dòng)IC的保護(hù)功能已格外受到重視。良好的保護(hù)機(jī)制必須針對拓?fù)涞妮斎?、輸出與LED背光等部分，進(jìn)行全面且完善的考慮，并要同時(shí)兼顧高LED驅(qū)動(dòng)電流能力與電流平衡。

　　然而，在LED背光模塊開始大放異彩的同時(shí)，不得不同時(shí)思考著LED背光模塊失效模式的預(yù)防，這可避免因其失效而產(chǎn)生使用安全性的疑慮，尤其當(dāng)應(yīng)用場合從家庭慢慢延伸至公共場合時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)集成電路(Driver IC)保護(hù)動(dòng)作機(jī)制就顯得格外重要。

　　目前LED驅(qū)動(dòng)IC主要保護(hù)機(jī)制分為對拓?fù)浼軜?gòu)的保護(hù)，例如過電壓保護(hù)(Over Voltage Protection, OVP)、過電流保護(hù)(Over Current Protection, OCP)、短路保護(hù)(Short Circuit Protection, SCP)，其相關(guān)保護(hù)不外乎針對電性應(yīng)用上的保護(hù)，或者是模塊端、系統(tǒng)端制程相關(guān)的保護(hù)，而目的均以安全考慮或不損壞系統(tǒng)端組件；還有對LED燈條端的保護(hù)，例如LED開路保護(hù)(LED Open Protection, LOP)、LED短路保護(hù)(LED Short Protection, LSP)；由于LED屬于半導(dǎo)體物理組件，過高的操作電壓及長時(shí)間的操作電流皆會(huì)造成LED組件損傷，因此如供電電壓不穩(wěn)、LED線路間或本身質(zhì)量因素造成短路，或是開路都會(huì)使LED失效造成亮度差異，進(jìn)而影響面板畫面質(zhì)量及LED的壽命。本文將針對不同的保護(hù)機(jī)制動(dòng)作原理及判斷機(jī)制做深入的探討。

　　LED背光保護(hù)機(jī)制各有專長

　　一般應(yīng)用于LED驅(qū)動(dòng)的拓?fù)浼軜?gòu)均以提供LED穩(wěn)定電流為目標(biāo)，再以輸出與輸入的電壓關(guān)系選擇適合的拓?fù)浼軜?gòu)；相較于目前的應(yīng)用，LED亮度與電流、應(yīng)用的數(shù)量成正比，所以為求高亮度與多顆LED串聯(lián)，其多串并聯(lián)使用為現(xiàn)今背光模塊大多數(shù)的應(yīng)用方式。

　　而其所須提供驅(qū)動(dòng)LED的電壓也相較比輸入電壓高；此時(shí)升壓式轉(zhuǎn)換器(圖2)就是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的拓?fù)浼軜?gòu)，但因其為升壓架構(gòu)，若有任何異常發(fā)生時(shí)，異常的高電壓輸出與高輸入電流將是設(shè)計(jì)人員考慮的必要因素。

圖2 升壓轉(zhuǎn)換器+多通道電流平衡

　　若把需配合電源系統(tǒng)的交流轉(zhuǎn)直流的因素考慮進(jìn)來，時(shí)下返馳式(Flyback)、半橋諧振(LLC)(圖3)配合電流均流IC回授控制前級(jí)均是目前應(yīng)用的主流。在此，將針對拓?fù)涠说氖Ｊ脚cLED端的失效模式應(yīng)具備的保護(hù)機(jī)制逐一介紹。其相關(guān)LED背光保護(hù)機(jī)制有OVP、輸入過電流保護(hù)、輸出過電流短路保護(hù)、LED開路保護(hù)、LED短路保護(hù)、過溫保護(hù)。

圖3 多通道電流平衡

　　輸出過電壓保護(hù)的LED驅(qū)動(dòng)多為升壓式轉(zhuǎn)換器(圖4)，如未有過電壓保護(hù)，在回授訊號(hào)異常時(shí)，輸出電壓有可能超出組件所能承受電壓，造成組件及LED損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)器的過電壓保護(hù)設(shè)定保護(hù)點(diǎn)須考慮LED最大操作電壓(圖5)，以求能正確保護(hù)LED及其他組件，且不會(huì)因?yàn)長ED的零件誤差造成保護(hù)誤動(dòng)作。

圖4 LED驅(qū)動(dòng)器過電壓保護(hù)區(qū)塊

圖5 LED驅(qū)動(dòng)器過電壓保護(hù)時(shí)段

　　輸入過電壓保護(hù)主要是保護(hù)開關(guān)組件N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(NMOS)及防止電感L發(fā)生飽和現(xiàn)象(圖6)，當(dāng)輸入電流過大時(shí)，升壓式轉(zhuǎn)換器會(huì)強(qiáng)制關(guān)閉NMOS(圖7)，限制最大輸入電流。

圖6 LED驅(qū)動(dòng)器過電流保護(hù)區(qū)塊

圖7 LED驅(qū)動(dòng)器過電流保護(hù)時(shí)機(jī)

　　輸出過電流短路保護(hù)(圖8)是當(dāng)升壓式轉(zhuǎn)換器的二極管(Diode)未連接或輸出短路到地時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)IC會(huì)判斷回授系統(tǒng)異常，進(jìn)而關(guān)閉LED驅(qū)動(dòng)IC以防止能量繼續(xù)輸出而導(dǎo)致整個(gè)轉(zhuǎn)換器的損壞或系統(tǒng)的燒毀(圖9)。

圖8 LED驅(qū)動(dòng)器短路保護(hù)區(qū)塊