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升压型双模式PWM LED驱动芯片设计

作　者: 付佳
导　师: 吴晓波
学　校: 浙江大学
专　业: 电路与系统
关键词: 白光LED 驱动 BOOST 峰值电流控制 高端检测 PWM调光
分类号: TM923
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 574次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


作为新兴的固态光源，白光LED具有无污染，高效率，使用寿命长等优点，在现代照明系统中拥有广泛的应用前景。由于白光LED的颜色和亮度受正向电流及温度的影响显著，对其驱动芯片的性能提出了很高的要求。同时，诸如汽车电子照明系统及工业控制系统等应用场合具有输入电压高，变化范围大等特点，更给系统的设计带来难度。针对上述应用，论文给出一种白光LED驱动芯片的设计方案。特点是采用了BOOST型DC／DC变换电路，峰值电流的控制模式，使负载LED上的电流保持恒定。为降低成本，提高芯片的适应性，方案摒弃了芯片内集成功率MOS管和开关二极管的做法，使之可根据驱动电流的大小灵活选择合适的外围器件。为解决串联连接的LED数目不定，导致驱动电压与输入电压有可能不匹配的问题，提出的系统可根据需要工作于两种不同工作模式下——恒流模式和恒流／恒压模式。为方便数字控制，防止发光颜色的偏差，针对驱动芯片的技术关键——白光LED的亮度调节，设计采用了PWM调光方式，并同时具备模拟调光的功能，以扩展调光范围。所完成的驱动芯片输入电压范围3V-36V，输出可以驱动1个到10个LED，工作频率最高为1MHz。论文重点设计了环路控制中的主要电路模块，如误差放大器，振荡器以及电压调整器，斜坡补偿电路等模块。其中，采用两级带隙基准的结构解决了高输入电压与精密基准电压之间的矛盾。电路模块的成功设计保证了系统整体性能的实现。此外，芯片还具备软启动，过压保护，过温保护等功能以及关断工作模式，以保护系统不受到过压、过温的损害，方便外围系统对其控制，并降低了系统的功耗。所有设计均在1.5um BiCMOS工艺下完成，利用Cadence Spectre工具软件仿真的结果表明，各电路模块工作正常，预期的系统功能均已圆满实现。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 概述  9-19
  1.1 白光LED的发光原理及特性  9-11
    1.1.1 发光原理  9
    1.1.2 特性  9-11
  1.2 白光LED的驱动电路  11-17
    1.2.1 典型驱动电路  11-13
    1.2.2 电流的匹配  13-15
    1.2.3 亮度的控制  15-17
  1.3 立题意义及白光LED的发展前景  17-18
  1.4 设计目标  18-19
第2章 结构设计  19-33
  2.1 基本的驱动芯片结构及原理  19-24
    2.1.1 基本原理  19-21
    2.1.2 控制方法  21-23
    2.1.3 参数指标  23-24
  2.2 设计方案  24-30
    2.2.1 应用需求分析  24-25
    2.2.2 电路的拓扑结构及控制方法  25-27
    2.2.3 系统特点  27-29
    2.2.4 辅助功能  29-30
  2.3 系统框图及应用图  30-33
    2.3.1 系统框图  30-31
    2.3.2 应用电路图  31-33
第3章 模块电路分析  33-70
  3.1 供电模块  33-43
    3.1.1 基准电压源  33-38
    3.1.2 7V低压差电压调整器  38-41
    3.1.3 3V电压调整器  41-43
  3.2 控制环路模块  43-62
    3.2.1 误差放大器  43-53
    3.2.2 振荡器  53-55
    3.2.3 电流比较器  55-57
    3.2.4 逻辑及驱动模块  57-61
    3.2.5 电压电流转换及斜坡补偿电路  61-62
  3.3 功能模块  62-70
    3.3.1 软启动模块  62-65
    3.3.2 过压保护模块  65-67
    3.3.3 关断模块  67
    3.3.4 过温保护模块  67-70
第4章 系统仿真结果  70-77
  4.1 恒流控制模式及系统的软启动  70-71
  4.2 恒流/恒压工作模式  71-72
  4.3 模拟调光  72-74
  4.4 数字调光  74-75
  4.5 过温过压保护及关断模式  75-76
  4.6 性能  76-77
    4.6.1 功耗  76
    4.6.2 线性调整率  76-77
结束语  77-78
参考文献  78-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电气照明
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