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具有PFC的LED照明用芯片的研究和设计

作　者: 王曾
导　师: 罗萍
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: LED驱动电路 功率因数校正 平均电流 可靠性设计
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,在全球变暖、能源危机的形势下,“绿色”能源、低功耗技术成为了开关电源发展领域的热点。LED作为一种绿色环保的照明光源与常规照明光源相比较,具有低功耗、高可靠性和长寿命等一系列优点。其中大功率的LED照明被广泛的应用在路灯照明、景观照明以及汽车车灯照明等不同的领域。但是由于大功率LED的特性,电源一般需要将交流电变换成直流电。在电源的转换过程中容易引入谐波电流,而谐波电流将会带来很带来电压失真、热噪声、降低能量等问题。而采用功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术可以有效降低电流中的谐波含量,从而避免产生谐波电流所引起的问题。本文先介绍了LED的基本特性和可靠性,以及基本的PFC原理和发展进行了介绍,接着比较了几种PFC拓扑结构和有源功率因数校正技术的控制策略。随后根据对比结果,对芯片的拓扑结构和控制策略进行设计。本文所设计电路的最大输出功率100W,输出直流电压为400V,输出电压纹波峰峰值为12V,开关频率100kHz,温度范围为-25~125℃。最大效率大于90%,PF值为0.95,达到了设计指标的要求。本文主要对PFC模块、各个可靠性保护模块和逻辑控制模块进行了详细的分析。所有的电路分析都是基于0.5μm 15V BCD工艺,并利用Hspice和Cadence软件对芯片的各个模块电路进行详细的仿真验证。最后仿真结果表明,该芯片的各项指标满足设计要求,具有很好的功率校正控制性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 引言  10-14
  1.1 LED 发展前景与规划  10-11
  1.2 功率因数校正（PFC）技术的现状与发展趋势  11-12
  1.3 本文所做的工作  12-14
第二章 LED 以及其驱动电路的基本原理  14-19
  2.1 大功率LED 的基本工作原理  14
  2.2 大功率LED 的工作特性  14-15
  2.3 大功率LED 驱动模式的比较  15-17
  2.4 大功率LED 驱动电路的可靠性设计  17-19
    2.4.1 减少谐波  17
    2.4.2 浪涌保护  17
    2.4.3 欠压、过压保护  17
    2.4.4 热管理  17-19
第三章 功率因数校正的基本原理  19-29
  3.1 PFC 的定义  19-20
  3.2 无源PFC  20-21
  3.3 有源PFC  21-25
    3.3.1 有源PFC 的分类  22-24
    3.3.2 有源PFC 的控制方法  24-25
  3.4 CCM 模式的PFC 芯片结构与工作原理  25-29
    3.4.1 PFC 系统整体结构  25-27
    3.4.2 PFC 系统工作原理  27-29
第四章 部分子电路的设计与仿真  29-62
  4.1 FB_UV/OV 模块  29-34
    4.1.1 电路功能描述  29
    4.1.2 输入输出信号线的功能描述  29-30
    4.1.3 实际电路原理分析  30-31
    4.1.4 电路仿真结果  31-34
  4.2 ICTRL 模块  34-40
    4.2.1 电路功能描述  34
    4.2.2 输入输出信号线的功能描述  34
    4.2.3 实际电路原理分析  34-38
    4.2.4 电路仿真结果  38-40
  4.3 IS 模块  40-44
    4.3.1 电路功能描述  40
    4.3.2 输入输出信号线的功能描述  40-41
    4.3.3 实际电路原理分析  41-42
    4.3.4 电路仿真结果  42-44
  4.4 OCP(过流保护)模块  44-47
    4.4.1 电路功能描述  44
    4.4.2 输入输出信号线的功能描述  44
    4.4.3 实际电路原理分析  44-45
    4.4.4 电路仿真结果  45-47
  4.5 IVIN（输入电压采样）模块  47-49
    4.5.1 电路功能描述  47
    4.5.2 输入输出信号线的功能描述  47
    4.5.3 实际电路原理分析  47-48
    4.5.4 电路仿真结果  48-49
  4.6 CLK(时钟)模块  49-52
    4.6.1 电路功能描述  49
    4.6.2 输入输出信号线的功能描述  49-50
    4.6.3 实际电路原理分析  50-51
    4.6.4 电路仿真结果  51-52
  4.7 PFC 模块  52-57
    4.7.1 电路功能描述  52
    4.7.2 输入输出信号线的功能描述  52-53
    4.7.3 实际电路原理分析  53-56
    4.7.4 电路仿真结果  56-57
  4.8 MCTR 模块  57-59
    4.8.1 电路功能描述  57
    4.8.2 输入输出信号线的功能描述  57-58
    4.8.3 实际电路原理分析  58
    4.8.4 电路仿真结果  58-59
  4.9 OTP 模块  59-62
    4.9.1 电路功能描述  59
    4.9.2 输入输出信号线的功能描述  59
    4.9.3 实际电路原理分析  59-61
    4.9.4 电路仿真结果  61-62
第五章 整体电路仿真与版图设计  62-66
  5.1 整体电路仿真  62-64
  5.2 版图设计  64-66
第六章 结论  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
攻读硕士学位期间取得的研究成果  71-72

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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 > 灯泡、灯管 > 半导体发光灯
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