分析LCD電視的背光、電源及I/O埠電路保護(hù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在顯示器技術(shù)正在向高清晰、低電磁輻射、低供耗和小體積等方向發(fā)展的今天。雖然，CRT(陰極射線(xiàn)管)顯示器的生產(chǎn)技術(shù)越來(lái)越成熟，畫(huà)面的顯示質(zhì)量也越來(lái)越好，但它的體積和輻射問(wèn)題仍然是由其本身的物理特性所不可避免的。因此，LCD顯示器就以其體積小，重量輕，無(wú)輻射，等特點(diǎn)加快了替代傳統(tǒng)CRT顯示器步伐，更被很多人譽(yù)為CRT的終結(jié)者。下面我們就來(lái)談?wù)凩CD顯示器的工作原理。

液晶顯示器中最主要的物質(zhì)就是液晶，它是一種規(guī)則性排列的有機(jī)化合物，是一種介于固體和液體之間的物質(zhì)，目前一般采用的是分子排列最適合用于制造液晶顯示器的nematic細(xì)柱型液晶。液晶的物理特性是：當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通，分子排列變的有秩序，使光線(xiàn)容易通過(guò);不通電時(shí)分子排列混亂，阻止光線(xiàn)通過(guò)。讓液晶分子如閘門(mén)般地阻隔或讓光線(xiàn)穿透。大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物質(zhì)，由長(zhǎng)棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長(zhǎng)軸大致平行。將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開(kāi)槽平面，液晶分子會(huì)順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也會(huì)是完全平行的。從技術(shù)上簡(jiǎn)單地說(shuō)，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無(wú)鈉玻璃素材，稱(chēng)為Substrates,中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過(guò)這層液晶時(shí)，液晶本身會(huì)排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過(guò)。

PPTC元件一般適用于在啟動(dòng)時(shí)會(huì)經(jīng)受大突波電流的電路。 PPTC元件可經(jīng)受突波電流的沖擊，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)產(chǎn)生錯(cuò)誤的情況下才引起過(guò)流沖擊的電路。當(dāng)軟啟動(dòng)電路被用于限制突波電流時(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，可如本文討論，將多種過(guò)壓與過(guò)流保護(hù)元件協(xié)同使用，這里過(guò)壓保護(hù)元件包括：金屬氧化物壓敏電阻(MOV)、多層變阻器(MLV)和靜電釋放(ESD)突波保護(hù)元件。

發(fā)光二極管背光保護(hù)

LED背光可增強(qiáng)視覺(jué)體驗(yàn)、提供更靈活的背光架構(gòu)，并可實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)冷陰極螢光燈(CCFL)技術(shù)更輕薄的顯示器設(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、更好的耐用性以及可實(shí)現(xiàn)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)，這是由于提供給LED的電能大部份轉(zhuǎn)換為熱而不是光。如果沒(méi)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(lái)負(fù)面影響。

從電力線(xiàn)耦合進(jìn)來(lái)的瞬變電壓和突波電壓也會(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(kāi)路和短路檢測(cè)。不過(guò)，可能需要額外的過(guò)流保護(hù)元件來(lái)幫助保護(hù)IC和其它敏感電子元件。

PPTC元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，就可能產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象。 PPTC元件具有檢測(cè)和應(yīng)對(duì)過(guò)溫事件的能力，因此若將它黏著在適當(dāng)?shù)奈恢?，它就可以在沒(méi)有適當(dāng)散熱措施的LED工作時(shí)切斷電流。

圖1:LED背光的過(guò)熱保護(hù)方案

圖1顯示了如何把PolySwitch PPTC元件與LED串聯(lián)起來(lái)以提供過(guò)流保護(hù)。為了充分利用PolySwitch元件，可將其固定在金屬芯電路板或LED散熱器上。若LED沒(méi)有內(nèi)建ESD保護(hù)電路，可將PESD保護(hù)元件與LED并聯(lián)，這有助于保護(hù)LED免受ESD突波電壓引起的損害。

I/O埠的過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)

I/O埠保護(hù)有助于保護(hù)零配件免受短路造成的損壞、提高可靠性和保護(hù)客戶(hù)安全。為滿(mǎn)足管理機(jī)構(gòu)的要求，I/O埠必須提供一種在過(guò)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(hù)可觸及的帶電連接器必須具有過(guò)流保護(hù)功能。過(guò)流保護(hù)元件必須在無(wú)需用戶(hù)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。

在各種高速介面應(yīng)用中，PPTC元件已經(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(guò)后限制電流。 PPTC元件的低阻抗、快速響應(yīng)時(shí)間和小外形因子等特性已經(jīng)使得它在許多匯流排供電架構(gòu)應(yīng)用中成為過(guò)流保護(hù)的首選方法。

帶電埠也容易受到包括ESD脈沖在內(nèi)的過(guò)壓瞬變的損害。圖2顯示了一個(gè)利用PolySwitch元件進(jìn)行過(guò)流保護(hù)的典型電路保護(hù)設(shè)計(jì)，其中使用的PESD元件和變阻器有助于保護(hù)埠免受過(guò)壓造成的損害。

圖2:利用MLV器件、PESD抑制器和PolySwitch過(guò)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(guò)壓保護(hù)功能。PESD陣列安裝在數(shù)據(jù)線(xiàn)上。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(kāi)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(xiàn)性穩(wěn)壓器。不過(guò)，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(guò)流保護(hù)器件可以幫助制造商滿(mǎn)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(guò)流情況下，PPTC器件跳變成高阻態(tài)。所增加的電阻通過(guò)將在故障條件下可能流過(guò)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)。

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)，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。

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(guò)載或客戶(hù)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(guò)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(mǎn)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€(xiàn)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(mǎn)足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所需的工作。

由上便可看出，液晶面版的質(zhì)量并不能完全代表液晶顯示器的品質(zhì)，沒(méi)有出色的顯示電路配合再好的面板也不行。相信隨著LCD產(chǎn)品產(chǎn)量的增加、成本的下降、LCD產(chǎn)品的廣泛普及會(huì)指日可待。