|
側光式LED背光單元(BLU)功率要求 由于功耗較低、使用壽命較長(cháng)，發(fā)光二極管(LED)正在穩步地替代古老的冷陰極熒光燈(CCFL)，用作液晶顯示(LCD)電視的背光源。為了給大尺寸LCD TV提供充足的亮度，背光照明需要大量串聯(lián)或并聯(lián)的LED陣列。鑒于LED的顆數和LED的串數可以減少，如今側光式(edge-lit)背光照明變得更加流行。在側光式背光照明中，需要高效且高升壓比的DC-DC轉換器來(lái)控制串聯(lián)的LED串。對于大尺寸電視的側光式背光單元，背光單元的邊緣約有36個(gè)串聯(lián)放置的LED（圖1）。 
圖1 側光式LED背光單元構成示例 耦合電感升壓DC-DC轉換器 耦合電感升壓DC-DC轉換器是提供高比率電壓增益的可行性解決方案，與單級的升壓DC-DC轉化器相比，不會(huì )帶來(lái)極端的占空比，還可降低MOSFET導通損耗。這是因為通過(guò)調節耦合電感的匝比，可以使用BVDSS較低的MOSFET。如圖2所示，它在一個(gè)轉換周期中有兩種運作模式：在T0~T1期間，MOSFET開(kāi)啟，輸出整流器Dout是反向偏置的，磁化電感Lm由輸入電壓源以線(xiàn)性方式充電儲能；當MOSFET關(guān)閉時(shí)，在T1~T2期間，所有的磁化電流從初級繞組Np被反射進(jìn)入次級繞組Ns。此時(shí)，輸出整流器Dout是導通的，存儲在電感中的所有能量被傳送到輸出負載。
圖2 轉換器波形 由公式1得出電壓轉換比：
D是工作周期，n是耦合電感的匝數比：
電荷平衡技術(shù) 圖3所示為額定電壓為30V和100V的傳統溝槽MOSFET的RDS(ON)分量的比較。對于100V的器件，RDS(ON)中外延分量百分比要大得多，而利用屏蔽柵極這樣的電荷平衡技術(shù)，外延電阻可以減小一半以上，同時(shí)不會(huì )增加總體Qg或Qgd分量。
圖3 傳統溝槽技術(shù)中RDS(ON)的各個(gè)分量 圖4比較了傳統器件和屏蔽柵極溝槽器件的橫截面。后者通過(guò)整合一個(gè)屏蔽電極來(lái)實(shí)現電荷平衡，支持該電壓區域的阻抗和長(cháng)度都被減小，從而大幅降低了RDS(ON)。
圖4 (a) 傳統器件 (b)屏蔽柵極電荷平衡溝槽結構 而且，屏蔽電極被置于柵極電極之下，這樣的結構把傳統溝槽MOSFET底部的大部分柵漏極電容(Cgd或Crss)轉化為柵源極電容(Cgs)。因此，屏蔽電極就將柵極電極從漏極電勢中隔離開(kāi)來(lái)。 圖5比較了具有同等大小RDS(ON)的傳統MOSFET和屏蔽柵極溝槽MOSFET的電容分量，由于Crss減小，從關(guān)斷切換到導通狀態(tài)或從導通切換到關(guān)斷狀態(tài)所需的時(shí)間縮短，因而開(kāi)關(guān)損耗被降至最低。特別指出，如圖6所示，減小Qgd可將器件同時(shí)加載高壓和大電流的時(shí)間縮至最短，從而減少開(kāi)關(guān)能耗。
圖5 在20A RDS(ON) 5.7mΩ的相同條件下，傳統器件與屏蔽柵極溝槽器件的電容分量的比較
圖6 在20A RDS(ON) 5.7mΩ的相同條件下，傳統溝槽器件和屏蔽柵極溝槽器件在20A/50V時(shí)的Qg曲線(xiàn)的比較 另外，屏蔽層及其阻抗相當于一個(gè)內建緩沖電阻(Rshield)和電容(Cdshield)網(wǎng)絡(luò )。 耦合電感升壓DC-DC轉換器的性能提升 在用于46英寸以上側光式LED背光單元的從24V升壓至120V的耦合電感升壓DC-DC轉換器中，可以比較飛兆半導體100V額定電壓FDD86102屏蔽柵極和傳統溝槽MOSFET器件的性能。圖7顯示，采用飛兆半導體的屏蔽PowerTrench工藝，屏蔽器件具有出色的RDS(ON)和Qg性能。
圖7 FDD86102與傳統溝槽器件的比較 在圖8和圖9中，FDD86102屏蔽Power Trench MOSFET的效率至少提高了3.5%，通過(guò)將傳導和開(kāi)關(guān)損耗減至最低，器件具有更好的熱性能。
圖8 效率比較
圖9 24VIN、120VOUT、300kHz、500mA IOUT條件下的熱性能比較 總結 相比傳統溝槽MOSFET技術(shù)，飛兆半導體的中等電壓屏蔽柵極PowerTrench MOSFET技術(shù)把傳導損耗和開(kāi)關(guān)損耗減至最低，能夠達到更高的效率。 Source:GEC |
