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升压型大功率LED驱动芯片的研究与设计

作　者: 李强
导　师: 张之圣
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关电源 大功率 LED 斜坡补偿 脉宽调制 峰值电流模式
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


大功率LED(Light Emitting Diode)是新一代的光源,也称作“绿色光源”,以其高效、节能、环保、寿命长、可靠性高等优点正在逐渐取代传统的白炽灯、荧光灯成为新一代照明光源。由于大功率LED自身的特性,需要专用的驱动电路。所以,针对大功率LED驱动电路的研究设计有很重要的意义。论文研究了大功率LED的发光原理、发光特性及伏安特性。分析了当前用于LED驱动的电阻限流电路,串联和并联线性调节电路及开关电源电路。研究了开关电源的基本理论,包括四种拓扑结构、PWM电压控制模式和PWM电流控制模式。接下来阐述了本次设计的升压变换器的系统结构组成、工作原理和引脚功能。分析了峰值电流模式变换器工作于电感电流连续工作模式(CCM)且占空比大于50%时存在的开环不稳定问题,针对常规的斜坡补偿方式所存在的缺陷,提出了一种补偿量自动适应输入输出电压变化的斜坡补偿电路。利用基本建模法建立了CCM下变换器主电路的小信号模型,得到系统传递函数。还结合控制理论设计补偿网络,保证系统足够的相位裕度,提高系统的稳定性。本文设计了一款升压型大功率LED恒流驱动芯片。芯片采用电流模脉宽调制控制方案,并且设计了动态斜坡补偿电路以消除电流控制模式变换器中开环不稳定的缺点。芯片采用内置的软启动电路,避免了启动过程的大电流。此外,芯片还具有欠压保护、过压保护、过温保护等功能以及关断工作模式。芯片采用华宏NEC(HHNEC)0.35微米BCD工艺,电源电压范围为8V~30V,输出最大负载电流达1A,可恒流驱动1W~3W的多颗串联大功率LED。利用工艺参数的Spectre模型在Cadence中进行模块及系统仿真,仿真结果表明电路功能和性能指标均已达到设计要求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 大功率LED 的原理及特性  8-10
    1.1.1 大功率LED 的原理  8-9
    1.1.2 大功率LED 的特性  9-10
  1.2 白光LED 驱动方案  10-15
    1.2.1 LED 的连接方式  11-13
    1.2.2 白光LED 的驱动方式  13-15
  1.3 白光LED 驱动的发展趋势及研究意义  15-16
  1.4 主要工作与论文组织结构  16-18
第二章 开关电源基础  18-28
  2.1 开关电源的拓扑结构  18-24
    2.1.1 Buck 变换器  18-20
    2.1.2 Boost 变换器  20-23
    2.1.3 Buck-Boost 变换器  23
    2.1.4 CuK 变换器  23-24
  2.2 PWM 控制基本原理  24-28
    2.2.1 电压控制模式  25-26
    2.2.2 电流控制模式  26-28
第三章 芯片系统的研究与设计  28-40
  3.1 系统的设计要求及结构  28-31
    3.1.1 芯片的主要技术特性  28
    3.1.2 系统结构设计  28-31
  3.2 开环不稳定性分析及斜坡补偿  31-33
  3.3 系统的频率补偿  33-40
    3.3.1 电流型升压变换器功率电路模型  33-36
    3.3.2 误差放大器补偿网络的设计  36-40
第四章 芯片模块的电路设计  40-66
  4.1 带隙基准源电路  40-45
    4.1.1 带隙基准源的基本原理  40-42
    4.1.2 电流模式的带隙基准源电路  42-45
  4.2 误差放大器  45-48
  4.3 比较器电路的设计  48-54
    4.3.1 PWM 比较器的设计  49-50
    4.3.2 迟滞比较器的设计  50-54
  4.4 斜坡补偿电路  54-59
    4.4.1 线性斜坡补偿  54
    4.4.2 分段线性斜坡补偿  54-55
    4.4.3 动态斜坡补偿电路  55-59
  4.5 过温保护模块  59-62
  4.6 过压保护电路  62-63
  4.7 功率管驱动设计  63-66
第五章 芯片整体的仿真  66-69
第六章 结论与展望  69-71
参考文献  71-74
发表论文和参加科研情况说明  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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