LCD背光、I/O端口及電源保護電路設計

隨著(zhù)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(lái)幫助保護LCD顯示屏免受過(guò)高電流或過(guò)高電壓瞬變引起的損壞。過(guò)流保護可采取保險絲或可復位PPTC(聚合物正溫度系數)器件。選擇哪種方案，取決于LCD的設計，該產(chǎn)品可能接觸到的危險類(lèi)別以及相關(guān)的安全要求偶。

PPTC器件一般適用于在啟動(dòng)時(shí)會(huì )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能力的電路設計，或僅在系統發(fā)生錯誤的情況下才引起過(guò)流沖擊的電路。當軟啟動(dòng)電路被用于限制浪涌電流時(shí)，保險絲也是一種實(shí)用的解決方法。

為提高設備的安全性和可靠性，可將多種過(guò)壓與過(guò)流保護器件如本文所討論的那樣協(xié)同使用，這里過(guò)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(jué)體驗、提供更靈活的背光架構，并可實(shí)現比傳統冷陰極熒光燈(CCFL)技術(shù)更清薄的顯示器設計。LED背光的其它好處還包括：更高的效率、更低的功耗、更長(cháng)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，這是因為提供給LED的電能大部分轉換為熱而不是光。如果沒(méi)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(lái)負面影響。

從電力線(xiàn)耦合進(jìn)來(lái)的瞬變電壓和浪涌電壓也會(huì )降低LED壽命，許多LED驅動(dòng)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(dòng)器的輸出則可能會(huì )因短路而損壞。大多數針對LCD電視應用的LED驅動(dòng)器都包含內嵌的安全特性，如熱關(guān)斷以及LED開(kāi)路和短路檢測。不過(guò)，可能需要額外的過(guò)流保護器件來(lái)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監視器的冷卻通道被阻塞，就可能發(fā)生熱失控現象。PPTC器件具有檢測和應對過(guò)溫事件的能力，因此若將它安裝在適當的位置，它就可以在沒(méi)有適當散熱措施的LED工作時(shí)切斷電流。

圖1顯示了如何把PolySwitch PPTC器件與LED串聯(lián)起來(lái)以提供過(guò)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(méi)有內置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(guò)熱保護方案

I/O端口的過(guò)流和過(guò)壓保護

I/O端口保護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(hù)安全。為滿(mǎn)足管理機構的要求，I/O端口必須提供一種在過(guò)載或短路情況下關(guān)斷或限制電流的方法。

隨著(zhù)數據速率的增加、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規范要求：最終用戶(hù)可觸及的帶電連接器必須具有過(guò)流保護功能。過(guò)流保護器件必須在無(wú)需用戶(hù)人工干預的情況下可自動(dòng)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(dòng)作。

在各種高速接口應用中，PPTC器件已經(jīng)證明了其有效性。與傳統保險絲一樣，它們也能在規定的閾值被超過(guò)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能力。PPTC器件的低阻抗、快速響應時(shí)間和小外形因子等特性已經(jīng)使得它在許多總線(xiàn)供電架構應用中成為過(guò)流保護的首選方法。

帶電端口也容易受到包括ESD脈沖在內的過(guò)壓瞬變的損害。圖2顯示了一個(gè)利用PolySwitch器件進(jìn)行過(guò)流保護的典型電路保護設計，其中使用的PESD器件和變阻器有助于保護端口免受過(guò)壓造成的損害。

圖2：利用MLV器件、PESD抑制器和PolySwitch過(guò)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(guò)壓保護功能。PESD陣列安裝在數據線(xiàn)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據速率信號的退化。

多輸出電源的保護

開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)提供了消費電子產(chǎn)品所需的體積、重量和節能優(yōu)勢，并繼續在包括LCD電視顯示器在內的眾多應用中取代線(xiàn)性穩壓器。不過(guò)，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(guò)流保護器件可以幫助制造商滿(mǎn)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(guò)流情況下，PPTC器件“跳變”成高阻態(tài)。所增加的電阻通過(guò)將在故障條件下可能流過(guò)的電流值減小至一個(gè)低的穩態(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(huì )一直鎖定在高阻抗狀態(tài)。一旦重新上電，PPTC器件將自行復位，并允許電流通過(guò)，使電路重新恢復正常運作。

雖然PPTC器件不能防止故障發(fā)生，但它們能迅速做出反應，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用中使用。

圖3：開(kāi)關(guān)模式電源的典型電路保護設計

如圖3所示，PolySwitch器件可以與電源輸入串聯(lián)使用，以幫助保護系統內的元器件免受短路、電路過(guò)載或客戶(hù)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(guò)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(gè)與保護電路組合使用的穩流電阻。

現在市場(chǎng)上有很多針對LCD-TV接口故障保護的標準，每種標準滿(mǎn)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(xiàn)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(jiǎn)化滿(mǎn)足相應標準所需的工作。