LCD電視背光、I/O端口及電源的電路保護(hù)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞： LCD , 電路保護(hù) , 電視背光 , 電源

先進(jìn)的LCD技術(shù)帶來了更大的屏幕、更寬的視角以及更高品質(zhì)的視頻圖像。不過，隨著LCD電視的屏幕變得更大更亮，它們也需要更多的工作電壓和更大的工作電流，對(duì)更穩(wěn)定和更可靠電路保護(hù)技術(shù)的需求也更加迫切。  

有很多種電路保護(hù)器件都可以被用來幫助保護(hù)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(hù)可采取保險(xiǎn)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(jì)，該產(chǎn)品可能接觸到的危險(xiǎn)類別以及相關(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(xiǎn)絲的麻煩。保險(xiǎn)絲適合于不要求自恢復(fù)能力的電路設(shè)計(jì)，或僅在系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤的情況下才引起過流沖擊的電路。當(dāng)軟啟動(dòng)電路被用于限制浪涌電流時(shí)，保險(xiǎn)絲也是一種實(shí)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(hù)器件如本文所討論的那樣協(xié)同使用，這里過壓保護(hù)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(hù)器件。  

LED背光保護(hù)  

LED背光可增強(qiáng)視覺體驗(yàn)、提供更靈活的背光架構(gòu)，并可實(shí)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(jì)。LED背光的其它好處還包括：更高的效率、更低的功耗、更長(zhǎng)的壽命、更好的耐用性以及面向較高清晰度的更強(qiáng)對(duì)比度。  

LED需要精確的功率和熱管理系統(tǒng)，這是因?yàn)樘峁┙oLED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(duì)LED的壽命和色彩輸出帶來負(fù)面影響。  

從電力線耦合進(jìn)來的瞬變電壓和浪涌電壓也會(huì)降低LED壽命，許多LED驅(qū)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(qū)動(dòng)器的輸出則可能會(huì)因短路而損壞。大多數(shù)針對(duì)LCD電視應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)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(cè)。不過，可能需要額外的過流保護(hù)器件來幫助保護(hù)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(cè)和應(yīng)對(duì)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(shí)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(hù)。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(hù)電路，可將PESD保護(hù)器件與LED并聯(lián)，這有助于保護(hù)LED免受ESD浪涌電壓引起的損害。  

  
圖1：LED背光的過熱保護(hù)方案  

I/O端口的過流和過壓保護(hù)  

I/O端口保護(hù)有助于保護(hù)元器件免受短路造成的損壞、提高可靠性和保護(hù)客戶安全。為滿足管理機(jī)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(hù)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(hù)功能。過流保護(hù)器件必須在無需用戶人工干預(yù)的情況下可自動(dòng)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(hù)動(dòng)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(xiǎn)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(xiǎn)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(shí)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(hù)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(gè)利用PolySwitch器件進(jìn)行過流保護(hù)的典型電路保護(hù)設(shè)計(jì)，其中使用的PESD器件和變阻器有助于保護(hù)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(hù)器件的典型DisplayPort電路保護(hù)設(shè)計(jì)  

MLV器件提供低容值并聯(lián)保護(hù)、LCD電視應(yīng)用中所需的大電流處理和能量吸收過壓保護(hù)功能。PESD陣列安裝在數(shù)據(jù)線上，以幫助把ESD從對(duì)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(hào)的退化。  

多輸出電源的保護(hù)  

開關(guān)模式電源(SMPS)提供了消費(fèi)電子產(chǎn)品所需的體積、重量和節(jié)能優(yōu)勢(shì)，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(jì)中的固有阻抗，它們常常需要更可靠的電路保護(hù)。  

PPTC過流保護(hù)器件可以幫助制造商滿足針對(duì)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(gè)低的穩(wěn)態(tài)水平，從而幫助保護(hù)電路中的設(shè)備。在故障被清除前，PPTC器件會(huì)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(yùn)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。  

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(hù)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(duì)LED模塊提供過壓保護(hù)。  

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(hù)手段相結(jié)合的保護(hù)電路。在圖3的例子中，R1是一個(gè)與保護(hù)電路組合使用的穩(wěn)流電阻。  

現(xiàn)在市場(chǎng)上有很多針對(duì)LCD-TV接口故障保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，每種標(biāo)準(zhǔn)滿足不同的故障保護(hù)需求。盡可能使保護(hù)器件接近芯片組的I/O和Vcc引腳總是明智之舉，因?yàn)殡娐钒遄呔€很容易受到傳導(dǎo)瞬變信號(hào)的影響。  

良好的接地措施再加上可靠的電路保護(hù)器件，可以增強(qiáng)瞬變電壓或電流保護(hù)效果，有助于降低返修率和修復(fù)成本，并簡(jiǎn)化滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所需的工作。