原边反馈无辅助绕组LED恒流驱动芯片研究与设计

发布时间：2017-08-15 01:06

  本文关键词：原边反馈无辅助绕组LED恒流驱动芯片研究与设计

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【摘要】：由于LED具有寿命长、发光效率高、绿色环保等优点,近几年来在住宅、商场、交通等场合得到了大量应用,LED照明也因此被视为新一代照明光源。虽然LED照明被认为是未来节能照明的必然趋势,但其推广还受价格、技术等因素的制约,以市场上常见的5W以下带辅助绕组的隔离LED照明方案为例,其输出电流精度大都在±3%内,系统效率低于80%。因此,研究高精度、低功耗、低成本的驱动电路意义重大。为此,本文通过研究LED驱动技术,提出了一种基于反激式拓扑的原边反馈无辅助绕组恒流控制芯片。论文先介绍了带辅助绕组的原边反馈恒流驱动系统工作原理,在理论上证明无辅助绕组方案的可行性,并根据新的无辅助绕组方案定义了一款高精度低功耗控制芯片。该芯片采用原边反馈反激恒流驱动器架构,使用CSMC 0.8um 700V BCD工艺实现,工作在电感电流断续模式下,具备在85～265 Vac宽电压输入范围内正常工作能力。芯片功率级部分采用两功率管层叠结构,能有效减小系统功耗。配合过零检测比较器(ZCS)的使用,控制芯片能检测消磁过程结束时的励磁电感与寄生电容的振荡,实现精确检测消磁时间结束点,这使得LED恒流驱动系统的无辅助绕组设计成为可能。由于没有辅助绕组,控制芯片所需外围器件极少,简化电路应用的同时节约了体积、降低了成本。芯片内具有恒流控制模块,使系统能在输入电压和负载变化时保持良好的电流精度。此外,芯片还具备完整的保护机制,包括过温保护、原边过流保护、输出过压保护、输出负载短路保护,有效地提高了系统的可靠性。仿真结果表明,系统的输出电流精度在±2.5%内,线性调整率和负载调整率在±4%内,系统转换效率超过80%,芯片的保护功能通过了验证。以上仿真结果证明了无辅助绕组原边反馈恒流驱动方案的可行性。版图设计也已完成,版图面积为2.46×1.02 mm2。
【关键词】：LED驱动 反激变换器 原边控制 无辅助绕组 恒流输出
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM923.34
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-25
• 1.1 研究背景及意义15-17
• 1.2 LED及其驱动电路17-21
• 1.2.1 LED特性17-18
• 1.2.2 LED常用驱动电路18-21
• 1.3 原边反馈LED驱动器的发展21-23
• 1.3.1 发展过程及现状21-22
• 1.3.2 LED恒流驱动器关键指标22-23
• 1.4研究目的及论文内容安排23-25
• 第2章 系统分析及芯片定义25-49
• 2.1 带辅助绕组原边反馈恒流驱动系统25-33
• 2.1.1 系统工作原理分析25-29
• 2.1.2 输出电流平均值的计算29-30
• 2.1.3 消磁时间结束点检测原理30-33
• 2.2 无辅助绕组原边反馈恒流驱动系统设计33-49
• 2.2.1 芯片引脚描述和电气参数定义36-37
• 2.2.2 芯片内部框图定义37-40
• 2.2.3 芯片工作时序40-41
• 2.2.4 关键节点波形分析41-43
• 2.2.5 输出恒流的实现43-46
• 2.2.6 输出电流精度的影响因素及补偿方法46-49
• 第3章 芯片模块电路设计49-78
• 3.1 电压基准(BG)和过温保护(OTP)49-57
• 3.1.1 带隙基准49-56
• 3.1.2 过温保护56-57
• 3.2 过零检测比较器(ZCS)57-61
• 3.3 原边短路保护模块61-66
• 3.4 电流采样比较器(CS)66-72
• 3.4.1 前沿消隐66-68
• 3.4.2 开关延迟补偿68-69
• 3.4.3 电流采样比较器69-72
• 3.5 恒流控制模块(CCCONTROL)72-74
• 3.6 消磁时间监控保护74-78
• 3.6.1 消磁时间最大值限制(TD_max)75-76
• 3.6.2 消磁时间最小值限制(TD_min)76-78
• 第4章 系统仿真和芯片版图78-90
• 4.1 系统仿真测试平台78-79
• 4.2 系统仿真79-88
• 4.2.1 系统上电过程79-81
• 4.2.2 原边短路保护81-82
• 4.2.3 输出短路保护82-83
• 4.2.4 输出过压保护83-84
• 4.2.5 线性调整率和负载调整率84-87
• 4.2.6 系统性能仿真总结87-88
• 4.3 芯片版图88-90
• 第5章 总结与展望90-92
• 5.1 本文研究内容总结90-91
• 5.2 研究展望91-92
• 参考文献92-95
• 作者简历95
• 在学期间科研成果95

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