Buck有源功率因数校正LED驱动控制器的研究与设计

发布时间：2017-09-20 14:03

  本文关键词：Buck有源功率因数校正LED驱动控制器的研究与设计

  更多相关文章： 宽电源电压范围输入 有源功率因数校正 LED驱动 恒定导通时间 高精度恒流

【摘要】：LED照明市场的快速扩张推动了适用于LED驱动的电源管理芯片的不断发展,也对其提出了更高的要求：更小的体积、更低的成本、更高的恒流精度、更高的功率因数。论文针对市场需求,以提高LED驱动电路的恒流精度和功率因数为目标,通过改进电路结构和控制方式,提出了一个基于单级Buck有源功率因数校正的高精度恒流LED驱动控制器的设计并予以实现。论文提出的LED驱动控制器采用芯片与功率级不共地的浮地结构,解决了Buck恒流控制电路中常见的输出负载电流易受电感量与输入输出电压影响、恒流精度和稳定性不能满足需求等问题；控制器采用恒定导通时间的控制方式,相对于电压模式、平均电流模式、峰值电流模式等控制方法,简化了环路补偿,节省了芯片面积。同时,将Buck变换器设置于电感电流临界连续状态,实现了输入电流对输入电压的良好跟随,保证了高功率因数,减小了对电网侧的谐波污染；而且由于功率MOS管处于零电流开通状态,开关损耗得以降低,电感的利用率得以提高,提升了系统效率。为了保证设计的可靠性和完整性,论文还探讨了逐周期限流保护、负载开路保护等电路技术。所提出的驱动控制芯片可用于驱动16W LED照明系统在85V-265V交流电源电压输入下工作。芯片在CSMC 1μm 40V CMOS工艺下完成设计并流片,芯片面积为834μm×896μm。测试结果表明,芯片可处理85V～265V交流电源电压输入,输出电压范围为35V～75V,输出电流220mA,恒流精度达到±3%；同时,输入电流对输入电压的跟随性良好,电网侧功率因数高达0.98,总谐波分量小于20%。以上结果已达到预期的设计指标。
【关键词】：宽电源电压范围输入 有源功率因数校正 LED驱动 恒定导通时间 高精度恒流
【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7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-18
• 第一章 绪论18-32
• 1.1 研究背景及LED概述18-22
• 1.1.1 研究背景18-20
• 1.1.2 LED概述20-22
• 1.2 白光LED对驱动电源的要求22-24
• 1.3 白光LED恒流驱动方案24-29
• 1.3.1 电阻型24-25
• 1.3.2 线性调整型25-26
• 1.3.3 开关电容型26-27
• 1.3.4 开关电感型27-29
• 1.4 研究现状29-31
• 1.5 论文结构安排31-32
• 第二章 系统方案选择32-46
• 2.1 高效率PFC拓扑及控制模式选择32-42
• 2.1.1 功率因数校正技术32-36
• 2.1.2 高性能单级APFC拓扑的选择36-40
• 2.1.3 Buck PFC控制模式选择40-42
• 2.2 高精度电流采样结构选择42-45
• 2.2.1 传统电流采样结构42-44
• 2.2.2 浮地电流采样结构44-45
• 2.3 本章小结45-46
• 第三章 系统结构及顶层设计46-60
• 3.1 系统设计指标的确定46-47
• 3.2 系统结构及性能实现47-55
• 3.2.1 系统结构47-49
• 3.2.2 恒定输出电流控制49-50
• 3.2.3 有源功率因数校正实现50-52
• 3.2.4 变换器及外围关键参数选取52-55
• 3.3 顶层设计的分析与考虑55-59
• 3.3.1 芯片架构设计55-57
• 3.3.2 启动时序问题57-58
• 3.3.3 软启动问题58
• 3.3.4 首个功率开关管驱动信号58-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 关键电路模块的分析与设计60-83
• 4.1 使能及电源供电模块60-70
• 4.1.1 带隙基准源(BG)60-63
• 4.1.2 芯片外部供电电压(VCC)钳位电路63-65
• 4.1.3 芯片内部供电电压(VDD)稳压输出65-68
• 4.1.4 欠压锁定(UVLO)68-70
• 4.2 电压基准源产生模块70-72
• 4.3 恒定导通时间控制模块72-77
• 4.3.1 恒定比较电平的产生72-74
• 4.3.2 固定斜率斜坡电压的产生74-76
• 4.3.3 导通时间的产生76-77
• 4.4 电感电流过零检测电路77-79
• 4.5 功率管驱动模块79-80
• 4.6 保护模块80-82
• 4.6.1 负载开路保护80-81
• 4.6.2 负载短路保护81-82
• 4.7 本章小结82-83
• 第五章 控制器仿真验证与测试83-101
• 5.1 控制器顶层视图及系统仿真测试结构83-86
• 5.1.1 控制器顶层视图83-85
• 5.1.2 系统仿真与测试结构85-86
• 5.2 上电时序及关键波形86-90
• 5.2.1 系统启动时序仿真86
• 5.2.2 首个功率开关管驱动信号86-87
• 5.2.3 关键节点和信号的波形图87-90
• 5.3 系统性能仿真90-91
• 5.3.1 输出电流精度90
• 5.3.2 功率因数及THD90-91
• 5.4 后端版图设计91-93
• 5.5 测试结果93-100
• 5.6 本章小结100-101
• 第六章 总结与展望101-104
• 参考文献104-109
• 攻读学位期间科研成果109

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