更好地解决LED背光漏电流故障的方法

配置背光的一种标准方法是使用两个分立式器件： 一个采用DPAK封装的100 V MOSFET，以及一个同样采用DPAK封装的100 V肖特基二极管。LED背光单元中，肖特基二极管的高漏电流可能会造成一些问题，尤其在较高温度下。某些客户曾遇到量产时肖特基二极管出现泄漏故障的问题。改善泄漏故障的一种方法是将肖特基二极管的额定电压从100 V增加到120 V，但系统温度较高时，漏电流依然是个问题。

飞兆半导体的设计团队开发了一种替代方法，即采用100 V BoostPak解决方案。BoostPak系列（图1）在单封装内集成两个器件： 一个100 V MOSFET和一个150 V NP二极管。


图1. BoostPak在单封装内集成100 V MOSFET和150 V NP二极管

BoostPak系列采用5引脚DPAK单封装。N沟道MOSFET针对最大程度降低导通电阻并保持出色的开关性能而设计。NP二极管为超快速整流器，带低正向导通压降，具有出色的开关性能。相比肖特基二极管，它具有低得多的漏电流，在高温应用中提供更高的系统可靠性。

相比双分立器件解决方案，BoostPak方案的尺寸更小，可节省多达20mm2的PCB空间。使用单封装而非两个封装还意味着装配更方便、系统成本更低。

BoostPak系列提供两种版本，一种额定输出功率为25 W，另一种额定值为40 W。表1列出详细信息。

表1. BoostPak装配规格


更高温度下的性能更佳

我们想要知道NP二极管的漏电流到底有多低，因此我们进行了一些测试。测试结果如图2所示。


图2：二极管漏电流比较

与100 V、5A肖特基二极管相比，150 V、5 A BoostPak系列NP二极管在所有条件下的额定漏电流值低得多，但两者在高温下差别极大。随着温度上升，肖特基二极管的漏电流以极快的速度增加，而相比之下NP二极管的漏电流依然较低。

BoostPak系列的NP二极管采用绝佳的生命周期控制工艺制成，以实现极快速的反向恢复时间和合理的正向压降（VF（典型值）： 0.9 V，条件为 IF=5 A、TJ=100 度）


图3：对反向恢复时间进行了比较

实际设计

下一步，我们将验证BoostPak系列能够在实际设计中限制漏电流，因此我们开发了一款评估板，并在多种条件下进行测试。图4为基本设计，BoostPak系列高亮显示。


图4. LED背光中的BoostPak

该设计针对35 W升压拓扑，使用连续电流模式(CCM)操作。输入电压范围为20.4 V至27.6 V，采用单通道直流输出，恒定电流值为640 mA (55 V)。我们采用BoostPak系列的FDD8500N10LD版本。

在CCM操作期间，二极管反向恢复电流增加MOSFET的导通损耗。NP二极管提供低反向恢复电流，对MOSFET的影响更小。

测试温度与EMI

我们在设计BoostPak产品时，牢记两个目标。首先，我们希望将器件壳的工作温度保持在65℃以下。其次，我们希望满足电磁干扰(EMI)的通用规格，将EMI保持在CISPR22 B类标准规定的限值以下。

我们测量了饱和温度。如表2所示，在24 V输入电压(VIN)的情况下，BoostPak系列温度保持在61.5℃，低于65℃的目标。

表2. VOUT= 55V (35W)时的测试结果


接着，我们通过检查五串LED负载时的辐射量，测试EMI。图5显示VIN为24V时的结果。


图5. 辐射量： VIN= 24 V

在30 MHz至1000 MHz的子频率范围内，辐射量远低于CISPR22 B类的额定限值。

结论

测试结果显示飞兆半导体的BoostPak系列（以单个100 V BoostPak替代100 V MOSFET和100 V肖特基二极管）低漏电流二极管满足工作温度下必须的性能和EMI要求。同时，使用BoostPak系列可让设计的尺寸更小、更紧凑，并且更易于组装。在成本竞争型应用中，如屏幕尺寸小于40英寸的LED电视机，这些优势可让产品脱颖而出。BoostPak方法还可节省其他应用的成本，比如LED照明系统和升压/降压操作DC-DC转换器。