詳解保護機制 LED背光模組安全性升級

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，進行全面且完善的考慮，并要同時兼顧高LED驅(qū)動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，不得不同時思考著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，LED驅(qū)動集成電路(Driver IC)保護動作機制就顯得格外重要。

　　目前LED驅(qū)動IC主要保護機制分為對拓撲架構(gòu)的保護，例如過電壓保護(Over Voltage Protection, OVP)、過電流保護(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(yīng)用上的保護，或者是模塊端、系統(tǒng)端制程相關(guān)的保護，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，例如LED開路保護(LED Open Protection, LOP)、LED短路保護(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間的操作電流皆會造成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，或是開路都會使LED失效造成亮度差異，進而影響面板畫面質(zhì)量及LED的壽命。本文將針對不同的保護機制動作原理及判斷機制做深入的探討。

　　LED背光保護機制各有專長

　　一般應(yīng)用于LED驅(qū)動的拓撲架構(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)系選擇適合的拓撲架構(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LED的電壓也相較比輸入電壓高；此時升壓式轉(zhuǎn)換器(圖2)就是一個相當(dāng)不錯的拓撲架構(gòu)，但因其為升壓架構(gòu)，若有任何異常發(fā)生時，異常的高電壓輸出與高輸入電流將是設(shè)計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)直流的因素考慮進來，時下返馳式(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(yīng)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(yīng)具備的保護機制逐一介紹。其相關(guān)LED背光保護機制有OVP、輸入過電流保護、輸出過電流短路保護、LED開路保護、LED短路保護、過溫保護。

圖3 多通道電流平衡

　　輸出過電壓保護的LED驅(qū)動多為升壓式轉(zhuǎn)換器(圖4)，如未有過電壓保護，在回授訊號異常時，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)動器的過電壓保護設(shè)定保護點須考慮LED最大操作電壓(圖5)，以求能正確保護LED及其他組件，且不會因為LED的零件誤差造成保護誤動作。

圖4 LED驅(qū)動器過電壓保護區(qū)塊

圖5 LED驅(qū)動器過電壓保護時段

　　輸入過電壓保護主要是保護開關(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，升壓式轉(zhuǎn)換器會強制關(guān)閉NMOS(圖7)，限制最大輸入電流。

圖6 LED驅(qū)動器過電流保護區(qū)塊

圖7 LED驅(qū)動器過電流保護時機

　　輸出過電流短路保護(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，LED驅(qū)動IC會判斷回授系統(tǒng)異常，進而關(guān)閉LED驅(qū)動IC以防止能量繼續(xù)輸出而導(dǎo)致整個轉(zhuǎn)換器的損壞或系統(tǒng)的燒毀(圖9)。

圖8 LED驅(qū)動器短路保護區(qū)塊