詳解保護機制 LED背光模組安全性升級

現今已有越來(lái)越多電子產(chǎn)品采用LED背光模塊，為確保背光模塊性能，LED驅動(dòng)IC的保護功能已格外受到重視。良好的保護機制必須針對拓撲的輸入、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驅動(dòng)電流能力與電流平衡。

　　然而，在LED背光模塊開(kāi)始大放異彩的同時(shí)，不得不同時(shí)思考著(zhù)LED背光模塊失效模式的預防，這可避免因其失效而產(chǎn)生使用安全性的疑慮，尤其當應用場(chǎng)合從家庭慢慢延伸至公共場(chǎng)合時(shí)，LED驅動(dòng)集成電路(Driver IC)保護動(dòng)作機制就顯得格外重要。

　　目前LED驅動(dòng)IC主要保護機制分為對拓撲架構的保護，例如過(guò)電壓保護(Over Voltage Protection, OVP)、過(guò)電流保護(Over Current Protection, OCP)、短路保護(Short Circuit Protection, SCP)，其相關(guān)保護不外乎針對電性應用上的保護，或者是模塊端、系統端制程相關(guān)的保護，而目的均以安全考慮或不損壞系統端組件；還有對LED燈條端的保護，例如LED開(kāi)路保護(LED Open Protection, LOP)、LED短路保護(LED Short Protection, LSP)；由于LED屬于半導體物理組件，過(guò)高的操作電壓及長(cháng)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、LED線(xiàn)路間或本身質(zhì)量因素造成短路，或是開(kāi)路都會(huì )使LED失效造成亮度差異，進(jìn)而影響面板畫(huà)面質(zhì)量及LED的壽命。本文將針對不同的保護機制動(dòng)作原理及判斷機制做深入的探討。

　　LED背光保護機制各有專(zhuān)長(cháng)

　　一般應用于LED驅動(dòng)的拓撲架構均以提供LED穩定電流為目標，再以輸出與輸入的電壓關(guān)系選擇適合的拓撲架構；相較于目前的應用，LED亮度與電流、應用的數量成正比，所以為求高亮度與多顆LED串聯(lián)，其多串并聯(lián)使用為現今背光模塊大多數的應用方式。

　　而其所須提供驅動(dòng)LED的電壓也相較比輸入電壓高；此時(shí)升壓式轉換器(圖2)就是一個(gè)相當不錯的拓撲架構，但因其為升壓架構，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計人員考慮的必要因素。

圖2 升壓轉換器+多通道電流平衡

　　若把需配合電源系統的交流轉直流的因素考慮進(jìn)來(lái)，時(shí)下返馳式(Flyback)、半橋諧振(LLC)(圖3)配合電流均流IC回授控制前級均是目前應用的主流。在此，將針對拓撲端的失效模式與LED端的失效模式應具備的保護機制逐一介紹。其相關(guān)LED背光保護機制有OVP、輸入過(guò)電流保護、輸出過(guò)電流短路保護、LED開(kāi)路保護、LED短路保護、過(guò)溫保護。

圖3 多通道電流平衡

　　輸出過(guò)電壓保護的LED驅動(dòng)多為升壓式轉換器(圖4)，如未有過(guò)電壓保護，在回授訊號異常時(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驅動(dòng)器的過(guò)電壓保護設定保護點(diǎn)須考慮LED最大操作電壓(圖5)，以求能正確保護LED及其他組件，且不會(huì )因為L(cháng)ED的零件誤差造成保護誤動(dòng)作。

圖4 LED驅動(dòng)器過(guò)電壓保護區塊

圖5 LED驅動(dòng)器過(guò)電壓保護時(shí)段

　　輸入過(guò)電壓保護主要是保護開(kāi)關(guān)組件N型金屬氧化物半導體場(chǎng)效晶體管(NMOS)及防止電感L發(fā)生飽和現象(圖6)，當輸入電流過(guò)大時(shí)，升壓式轉換器會(huì )強制關(guān)閉NMOS(圖7)，限制最大輸入電流。

圖6 LED驅動(dòng)器過(guò)電流保護區塊

圖7 LED驅動(dòng)器過(guò)電流保護時(shí)機

　　輸出過(guò)電流短路保護(圖8)是當升壓式轉換器的二極管(Diode)未連接或輸出短路到地時(shí)，LED驅動(dòng)IC會(huì )判斷回授系統異常，進(jìn)而關(guān)閉LED驅動(dòng)IC以防止能量繼續輸出而導致整個(gè)轉換器的損壞或系統的燒毀(圖9)。

圖8 LED驅動(dòng)器短路保護區塊