牛人支招,更好解決LED背光漏電流故障
發布時間:2014-03-03 責任編輯:sherryyu
配置背光的一種標準方法是使用兩個分立式器件: 一個采用DPAK封裝的100 V MOSFET,以及一個同樣采用DPAK封裝的100 V肖特基二極管。LED背(bei)光(guang)單(dan)元(yuan)中(zhong),肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)的(de)高(gao)漏(lou)電(dian)流(liu)可(ke)能(neng)會(hui)造(zao)成(cheng)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti),尤(you)其(qi)在(zai)較(jiao)高(gao)溫(wen)度(du)下(xia)。某(mou)些(xie)客(ke)戶(hu)曾(zeng)遇(yu)到(dao)量(liang)產(chan)時(shi)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)出(chu)現(xian)泄(xie)漏(lou)故(gu)障(zhang)的(de)問(wen)題(ti)。改(gai)善(shan)泄(xie)漏(lou)故(gu)障(zhang)的(de)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)將(jiang)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)的(de)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)從(cong)100 V增加到120 V,但係統溫度較高時,漏電流依然是個問題。
飛兆半導體的設計團隊開發了一種替代方法,即采用100 V BoostPak解決方案。BoostPak係列(圖1)在單封裝內集成兩個器件: 一個100 V MOSFET和一個150 V NP二極管。

圖1. BoostPak在單封裝內集成100 V MOSFET和150 V NP二極管
BoostPak係列采用5引腳DPAK單封裝。N溝道MOSFET針對最大程度降低導通電阻並保持出色的開關性能而設計。NP二(er)極(ji)管(guan)為(wei)超(chao)快(kuai)速(su)整(zheng)流(liu)器(qi),帶(dai)低(di)正(zheng)向(xiang)導(dao)通(tong)壓(ya)降(jiang),具(ju)有(you)出(chu)色(se)的(de)開(kai)關(guan)性(xing)能(neng)。相(xiang)比(bi)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan),它(ta)具(ju)有(you)低(di)得(de)多(duo)的(de)漏(lou)電(dian)流(liu),在(zai)高(gao)溫(wen)應(ying)用(yong)中(zhong)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)。
相比雙分立器件解決方案,BoostPak方案的尺寸更小,可節省多達20mm2的PCB空間。使用單封裝而非兩個封裝還意味著裝配更方便、係統成本更低。
BoostPak係列提供兩種版本,一種額定輸出功率為25 W,另一種額定值為40 W。表1列出詳細信息。

表1. BoostPak裝配規格
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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,因此我們進行了一些測試。測試結果如圖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係列NP二(er)極(ji)管(guan)在(zai)所(suo)有(you)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)額(e)定(ding)漏(lou)電(dian)流(liu)值(zhi)低(di)得(de)多(duo),但(dan)兩(liang)者(zhe)在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)差(cha)別(bie)極(ji)大(da)。隨(sui)著(zhe)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng),肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)的(de)漏(lou)電(dian)流(liu)以(yi)極(ji)快(kuai)的(de)速(su)度(du)增(zeng)加(jia),而(er)相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)NP二極管的漏電流依然較低。
BoostPak係列的NP二極管采用絕佳的生命周期控製工藝製成,以實現極快速的反向恢複時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:對反向恢複時間進行了比較
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實際設計
下一步,我們將驗證BoostPak係列能夠在實際設計中限製漏電流,因此我們開發了一款評估板,並在多種條件下進行測試。圖4為基本設計,BoostPak係列高亮顯示。

圖4. LED背光中的BoostPak
該設計針對35 W升壓拓撲,使用連續電流模式(CCM)操作。輸入電壓範圍為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係列的FDD8500N10LD版本。
在CCM操作期間,二極管反向恢複電流增加MOSFET的導通損耗。NP二極管提供低反向恢複電流,對MOSFET的影響更小。
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測試溫度與EMI
我們在設計BoostPak產品時,牢記兩個目標。首先,我們希望將器件殼的工作溫度保持在65℃以下。其次,我們希望滿足電磁幹擾(EMI)的通用規格,將EMI保持在CISPR22 B類標準規定的限值以下。
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係列溫度保持在61.5℃,低於65℃的目標。

表2. VOUT= 55V (35W)時的測試結果
接著,我們通過檢查五串LED負載時的輻射量,測試EMI。圖5顯示VIN為24V時的結果。

圖5. 輻射量: VIN= 24 V
在30 MHz至1000 MHz的子頻率範圍內,輻射量遠低於CISPR22 B類的額定限值。
結論
測試結果顯示飛兆半導體的BoostPak係列(以單個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,使用BoostPak係列可讓設計的尺寸更小、更緊湊,並且更易於組裝。在成本競爭型應用中,如屏幕尺寸小於40英寸的LED電視機,這些優勢可讓產品脫穎而出。BoostPak方法還可節省其他應用的成本,比如LED照明係統和升壓/降壓操作DC-DC轉換器。
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