LED背光、I/O端口及電源保護電路設(shè)計

隨著LCD電視的屏幕變得更大更亮，它們需要更多的工作電壓和更大的工作電流，對更穩(wěn)定和更可靠電路保護技術(shù)的需求也更加迫切。

有很多種電路保護器件都可以被用來幫助保護LCD顯示屏免受過高電流或過高電壓瞬變引起的損壞。過流保護可采取保險絲或可復(fù)位PPTC(聚合物正溫度系數(shù))器件。選擇哪種方案，取決于LCD的設(shè)計，該產(chǎn)品可能接觸到的危險類別以及相關(guān)的安全要求偶。

PPTC器件一般適用于在啟動時會經(jīng)受大浪涌電流的電路。PPTC器件可經(jīng)受浪涌電流的沖擊，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(fù)能力的電路設(shè)計，或僅在系統(tǒng)發(fā)生錯誤的情況下才引起過流沖擊的電路。當(dāng)軟啟動電路被用于限制浪涌電流時，保險絲也是一種實用的解決方法。

為提高設(shè)備的安全性和可靠性，可將多種過壓與過流保護器件如本文所討論的那樣協(xié)同使用，這里過壓保護器件包括：金屬氧化物壓敏電阻(MOV)、多層變阻器(MLV)和靜電釋放(ESD)浪涌保護器件。

LED背光保護

LED背光可增強視覺體驗、提供更靈活的背光架構(gòu)，并可實現(xiàn)比傳統(tǒng)冷陰極熒光燈(CCFL)技術(shù)更清薄的顯示器設(shè)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、更好的耐用性以及面向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)，這是因為提供給LED的電能大部分轉(zhuǎn)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浪涌電壓也會降低LED壽命，許多LED驅(qū)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(qū)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(yīng)用的LED驅(qū)動器都包含內(nèi)嵌的安全特性，如熱關(guān)斷以及LED開路和短路檢測。不過，可能需要額外的過流保護器件來幫助保護IC和其它敏感電子元件。

PPTC器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，就可能發(fā)生熱失控現(xiàn)象。PPTC器件具有檢測和應(yīng)對過溫事件的能力，因此若將它安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?，它就可以在沒有適當(dāng)散熱措施的LED工作時切斷電流。

圖1顯示了如何把PolySwitch PPTC器件與LED串聯(lián)起來以提供過流保護。為了充分利用PolySwitch器件，可將其熱綁定在金屬芯電路板或LED散熱器上。若LED沒有內(nèi)置ESD保護電路，可將PESD保護器件與LED并聯(lián)，這有助于保護LED免受ESD浪涌電壓引起的損害。

圖1：LED背光的過熱保護方案

I/O端口的過流和過壓保護

I/O端口保有助于保護元器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(gòu)的要求，I/O端口必須提供一種在過載或短路情況下關(guān)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(shè)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。過流保護器件必須在無需用戶人工干預(yù)的情況下可自動復(fù)原，而且其預(yù)設(shè)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。

在各種高速接口應(yīng)用中，PPTC器件已經(jīng)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。但與保險絲不同的是，PPTC器件具有在故障清除和重新加電后的自恢復(fù)能力。PPTC器件的低阻抗、快速響應(yīng)時間和小外形因子等特性已經(jīng)使得它在許多總線供電架構(gòu)應(yīng)用中成為過流保護的首選方法。

帶電端口也容易受到包括ESD脈沖在內(nèi)的過壓瞬變的損害。圖2顯示了一個利用PolySwitch器件進行過流保護的典型電路保護設(shè)計，其中使用的PESD器件和變阻器有助于保護端口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(shè)計

MLV器件提供低容值并聯(lián)保護、LCD電視應(yīng)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，以幫助把ESD從對靜電敏感的電路上分流出去。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(guān)模式電源(SMPS)提供了消費電子產(chǎn)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(nèi)的眾多應(yīng)用中取代線性穩(wěn)壓器。不過，由于SMPS缺乏前期設(shè)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(shè)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(shè)備。在故障被清除前，PPTC器件會一直鎖定在高阻抗?fàn)顟B(tài)。一旦重新上電，PPTC器件將自行復(fù)位，并允許電流通過，使電路重新恢復(fù)正常運作。

雖然PPTC器件不能防止故障發(fā)生，但它們能迅速做出反應(yīng)，把電流限制到安全水平，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(yīng)用中使用。

圖3：開關(guān)模式電源的典型電路保護設(shè)計

如圖3所示，PolySwitch器件可以與電源輸入串聯(lián)使用，以幫助保護系統(tǒng)內(nèi)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(shè)備制造商更喜歡采用將可復(fù)位PPTC器件與上游故障安全保護手段相結(jié)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(biāo)準(zhǔn)，每種標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(fù)成本，并簡化滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所需的工作。