發(fā)光效率的提高,、使用壽命的延長，以及對廣色域需求的不斷增長,，推動發(fā)光二極管(LED)取代冷陰極熒光燈(CCFL)成為液晶顯示屏(LCD)平板電視的背光選擇,。為了給大尺寸LCD TV提供足夠的亮度，LED背光需要采用許多LED陣列,。根據(jù)其排列方式,，LED背光單元(BLU)可劃分為側(cè)光式LED BLU和直光式LED BLU兩種，如圖1,、2所示,。在側(cè)光式LED BLU中，需要高效率,、高升壓比DC-DC轉(zhuǎn)換器來驅(qū)動串聯(lián)的LED串,。級聯(lián)DC-DC轉(zhuǎn)換器可以滿足這些要求，但也帶來一些挑戰(zhàn),，比如額外的復(fù)雜性和更高的成本,。本文將介紹一種能夠解決上述問題的倍壓升壓型轉(zhuǎn)換器。

側(cè)光式LED背光照明的功率要求

　　LCD TV中的BLU對于應(yīng)用總成本的影響很大,，因為它可能占LCD TV總成本的30-40%,，并且對最終的角亮度(angular luminance)、對比度和亮度起著舉足輕重的作用,。

　　作為一種BLU光源,，LED在LCD行業(yè)迅速嶄露頭角，作為CCFL的替代品,，預(yù)計其將在未來數(shù)年內(nèi)保持穩(wěn)健增長,。LED在色彩表現(xiàn)力和產(chǎn)品使用壽命方面優(yōu)于CCFL，因為它擁有不會與實際RGB波長峰值重疊的RGB波長,。LED還很容易小型化,，且抗震能力極強。但是LED也有一個缺點,，那就是它的成本較高,。由于側(cè)光式的成本優(yōu)勢以及光學薄膜技術(shù)針對不同測光類型的發(fā)展，目前側(cè)光式LED BLU主要運用于LCD平板電視,。

　　在大尺寸TV中,，BLU邊緣排列有60個LED，這就需要電源能提供一個高壓穩(wěn)定電流源。例如,，為了將開關(guān)電源(SMPS)的24V輸出電壓提高到130V,，通常會使用級聯(lián)升壓轉(zhuǎn)換器。如前所述,，這種方案存在很多缺點,，而且成本和驅(qū)動復(fù)雜性始終是該方案難以克服的挑戰(zhàn)。因此,，有不少論文建議選擇使用高升壓比升壓轉(zhuǎn)換器,。眾所周知，倍壓升壓型轉(zhuǎn)換器是其中最具競爭力的解決方案之一,。利用這種拓撲結(jié)構(gòu),，半導(dǎo)體供應(yīng)商可以提供最高效、最具成本效益的解決方案,。

　　下面將介紹一種倍壓升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計,，并利用37英寸的LED背光平板電視予以驗證。側(cè)光式LED背光的功率要求如表1所示,。

倍壓DC-DC轉(zhuǎn)換器

　　側(cè)光式LED背光需要一個高效率,、高升壓比的DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計。升壓轉(zhuǎn)換器可以滿足這些要
求,。圖3所示為一個采用了飛兆半導(dǎo)體MOSFET的倍壓升壓型轉(zhuǎn)換器的電源模塊示意圖,。

　　為了便于解釋電路的工作原理，圖4給出了開關(guān)周期內(nèi)圖3所示電路的拓撲級,，而圖5所示為其主要波形,。

　　通過MOSFET的開關(guān)轉(zhuǎn)換，倍壓升壓型轉(zhuǎn)換器支持兩種工作模式,。第一種模式出現(xiàn)MOSFET(Q)導(dǎo)通期間,；第二種模式出現(xiàn)在T0 – T1時間間隔內(nèi)。如圖3所示,，這是電感充電,，二極管D1反向偏置，隔直電容Cblock從Cout1充電,。在這個階段,，負載電流由濾波器電容Cout2提供。從圖4(a)可以得出： 　　

　　當MOSFET(Q)關(guān)斷時,，電感電流從MOSFET換流到二極管D1,。然后，電感中儲存的能量被釋放到Cout1,，阻斷電容Cblock放電到濾波器電容Cout2中。

　　電壓轉(zhuǎn)換比可根據(jù)電感上的電壓-時間(伏-秒,，volt-second)平衡關(guān)系計算出,。從式1)和式2)可得：

　　這里,，D是占空比，VOUT為輸出電壓,，而VIN則為輸入電源電壓,。

　　關(guān)斷期間MOSFET(Q)的漏源電壓是輸出電壓的一半，故可以選擇漏源擊穿電壓(BVDSS)較低的MOSFET,，即使其輸出電壓較高也無妨,。這意味著升壓轉(zhuǎn)換器的總體效率隨MSOFET的BVDSS降低而提高。鑒于漏源導(dǎo)通阻抗(RDS(on))與柵極電荷(Qg)值是MOSFET最重要的特性參數(shù),，這就有可能選擇比較合適BVDSS的MOSFET,。

　關(guān)鍵字： 側(cè)光式LED LED背光 功率解決方案

　　這里,，fs為開關(guān)頻率，VOUT為輸出電壓,，VIN為輸入電源電壓,，ΔIL為電感紋波電流。
輸出電容影響輸出電壓紋波,，而較小的輸出電壓紋波可降低水波紋干擾(waterfall noise),。一般而言，輸出電容值越大,，輸出紋波電壓就越小,。輸出紋波ΔVOUT的計算公式如下所示：

　　這里，COUT是輸出電容,，ESR是輸出端的等效串聯(lián)阻抗,。

飛兆半導(dǎo)體的功率解決方案

　　電源設(shè)計的發(fā)展趨勢主要是通過降低損耗來提高效率。電源系統(tǒng)要想獲得高效率,，選擇具有低導(dǎo)通阻抗(RDS(ON))和柵極電荷(Qg)特性的開關(guān)器件十分重要,。飛兆半導(dǎo)體在中壓MOSFET(BVDSS:100 ~ 200V)中引入了新的溝槽技術(shù)，使其具有較低的柵極電荷特性和出色的額定導(dǎo)通阻抗,，從而能夠降低開關(guān)損耗與導(dǎo)通損耗,。特別是在應(yīng)用中，控制MOSFET的開關(guān)損耗是提高效率的關(guān)鍵所在，因為MOSFET工作在硬開關(guān)條件下,。飛兆半導(dǎo)體新推出的溝槽技術(shù)MOSFET,，具有更低的柵極電荷與導(dǎo)通阻抗，針對升壓轉(zhuǎn)換器進行了充分優(yōu)化,。表2顯示了采用FDD86102與采用同類傳統(tǒng)MOSFET的比較結(jié)果,。

　　由于柵漏電容(米勒電容)的減小，F(xiàn)DD86102的總柵極電荷相比傳統(tǒng)器件減少了40%,。在高頻應(yīng)用中,，柵極電荷減少的一個好處是降低了開關(guān)損耗，從而提高了高頻應(yīng)用的效率,。

　　高效率和低溫特性是LCD顯示器的關(guān)鍵性能參數(shù),，因為小而薄的結(jié)構(gòu)是顯示器系統(tǒng)的一個關(guān)鍵指標。一般而言,，在室溫25℃且無空氣對流的情況下,，顯示器中的MOSFET和電感器等主要元件的增溫不應(yīng)該超過65℃。圖8和圖9所示為效率及熱性能的分析結(jié)果,。

結(jié)論

　　本文對側(cè)光式LED BLU應(yīng)用中作為高升壓比DC-DC轉(zhuǎn)換器的倍壓升壓型轉(zhuǎn)換器和耦合電感型轉(zhuǎn)換器進行了介紹和分析,。為了降低高工作頻率應(yīng)用中的功率損失，飛兆半導(dǎo)體提供面向升壓轉(zhuǎn)換器的最優(yōu)化100V MOSFET,，具有低導(dǎo)通阻抗和低柵極電荷,。根據(jù)LCD平板的尺寸，還可提供Power33,、DPAK等不同封裝形式,。