解決LED背光漏電流故障的方法

配置背光的一種標(biāo)準(zhǔn)方法是使用兩個(gè)分立式器件： 一個(gè)采用DPAK封裝的100 V MOSFET,以及一個(gè)同樣采用DPAK封裝的100 V肖特基二極管。LED背光單元中，肖特基二極管的高漏電流可能會(huì)造成一些問題，尤其在較高溫度下。有些人曾遇到量產(chǎn)時(shí)肖特基二極管出現(xiàn)泄漏故障的問題。改善泄漏故障的一種方法是將肖特基二極管的額定電壓從100 V增加到120 V,但系統(tǒng)溫度較高時(shí)，漏電流依然是個(gè)問題。

飛兆半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種替代方法，即采用100 V BoostPak解決方案。BoostPak系列(圖1)在單封裝內(nèi)集成兩個(gè)器件： 一個(gè)100 V MOSFET和一個(gè)150 V NP二極管。

圖1. BoostPak在單封裝內(nèi)集成100 V MOSFET和150 V NP二極管

BoostPak系列采用5引腳DPAK單封裝。N溝道MOSFET針對最大程度降低導(dǎo)通電阻并保持出色的開關(guān)性能而設(shè)計(jì)。NP二極管為超快速整流器，帶低正向?qū)▔航?，具有出色的開關(guān)性能。相比肖特基二極管，它具有低得多的漏電流，在高溫應(yīng)用中提供更高的系統(tǒng)可靠性。

相比雙分立器件解決方案，BoostPak方案的尺寸更小，可節(jié)省多達(dá)20mm2的PCB空間。使用單封裝而非兩個(gè)封裝還意味著裝配更方便、系統(tǒng)成本更低。

BoostPak系列提供兩種版本，一種額定輸出功率為25 W,另一種額定值為40 W.表1列出詳細(xì)信息。

表1. BoostPak裝配規(guī)格

更高溫度下的性能更佳

我們想要知道NP二極管的漏電流到底有多低，因此我們進(jìn)行了一些測試。測試結(jié)果如圖2所示。

圖2:二極管漏電流比較

與100 V、5A肖特基二極管相比，150 V、5 A BoostPak系列NP二極管在所有條件下的額定漏電流值低得多，但兩者在高溫下差別極大。隨著溫度上升，肖特基二極管的漏電流以極快的速度增加，而相比之下NP二極管的漏電流依然較低。

BoostPak系列的NP二極管采用絕佳的生命周期控制工藝制成，以實(shí)現(xiàn)極快速的反向恢復(fù)時(shí)間和合理的正向壓降(VF(典型值)： 0.9 V,條件為 IF=5 A、TJ=100 度)

圖3:對反向恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行了比較

實(shí)際設(shè)計(jì)

下一步，我們將驗(yàn)證BoostPak系列能夠在實(shí)際設(shè)計(jì)中限制漏電流，因此我們開發(fā)了一款評估板，并在多種條件下進(jìn)行測試。圖4為基本設(shè)計(jì)，BoostPak系列高亮顯示。

圖4. LED背光中的BoostPak

該設(shè)計(jì)針對35 W升壓拓?fù)?/strong>，使用連續(xù)電流模式(CCM)操作。輸入電壓范圍為20.4 V至27.6 V,采用單通道直流輸出，恒定電流值為640 mA (55 V)。我們采用BoostPak系列的FDD8500N10LD版本。

在CCM操作期間，二極管反向恢復(fù)電流增加MOSFET的導(dǎo)通損耗。NP二極管提供低反向恢復(fù)電流，對MOSFET的影響更小。

測試溫度與EMI

我們在設(shè)計(jì)BoostPak產(chǎn)品時(shí)，牢記兩個(gè)目標(biāo)。首先，我們希望將器件殼的工作溫度保持在65℃以下。其次，我們希望滿足電磁干擾(EMI)的通用規(guī)格，將EMI保持在CISPR22 B類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值以下。

我們測量了飽和溫度。如表2所示，在24 V輸入電壓(VIN)的情況下，BoostPak系列溫度保持在61.5℃，低于65℃的目標(biāo)。

表2. VOUT= 55V (35W)時(shí)的測試結(jié)果

接著，我們通過檢查五串LED負(fù)載時(shí)的輻射量，測試EMI.圖5顯示VIN為24V時(shí)的結(jié)果。

圖5. 輻射量： VIN= 24 V

在30 MHz至1000 MHz的子頻率范圍內(nèi)，輻射量遠(yuǎn)低于CISPR22 B類的額定限值。

結(jié)語

測試結(jié)果顯示飛兆半導(dǎo)體的BoostPak系列(以單個(gè)100 V BoostPak替代100 V MOSFET和100 V肖特基二極管)低漏電流二極管滿足工作溫度下必須的性能和EMI要求。同時(shí)，使用BoostPak系列可讓設(shè)計(jì)的尺寸更小、更緊湊，并且更易于組裝。在成本競爭型應(yīng)用中，如屏幕尺寸小于40英寸的LED電視機(jī)，這些優(yōu)勢可讓產(chǎn)品脫穎而出。BoostPak方法還可節(jié)省其他應(yīng)用的成本，比如LED照明系統(tǒng)和升壓/降壓操作DC-DC轉(zhuǎn)換器。