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。

AEP3112 BoostPak in LED Backlight Figure 1

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。

AEP3112 BoostPak in LED Backlight Table 1

 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。

AEP3112 BoostPak in LED Backlight Figure 2

 

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

AEP3112 BoostPak in LED Backlight Figure 3

 图 3 二极管反向恢复时间的比较

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。

AEP3112 BoostPak in LED Backlight Figure 4

 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 °C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 °C,低于65 °C的目标。

AEP3112 BoostPak in LED Backlight Table 2

 

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。

AEP3112 BoostPak in LED Backlight Figure 5

 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。

本文讨论的BoostPak系列在用户指南中有更为详尽的说明。该指南提供完整的原理图、完整的物料清单、性能规格和测试设置总览。如需下载应用指南,请访问飞兆半导体网站: http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-FEBD850N10LD.pdf

相关链接:

FDD1600N10ALZD: BoostPak(N 沟道 PowerTrench® MOSFET + 二极管)100 V,6.8 A,160 mΩ

http://www.fairchildsemi.com/pf/FD/FDD1600N10ALZD.html

FDD850N10LD: 100 V、15.3 A、75 mΩ BoostPak(N沟道PowerTrench® MOSFET + 二极管)

http://www.fairchildsemi.com/pf/FD/FDD850N10LD.html

这篇文章同时有:英语