基于源极驱动的原边反馈AC-DC LED驱动电路的设计

发布时间：2017-10-13 21:20

  本文关键词：基于源极驱动的原边反馈AC-DC LED驱动电路的设计

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【摘要】：随着全球能源危机的日益严重和气候环境的不断恶化,节能减排和绿色能源已经成为全球普遍关注的热点话题。据统计,照明是人类消耗能源的重要方面,约占世界总耗能的19%,因此,绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED作为一种绿色环保的新型半导体固态照明光源,因其发光效率高、低碳健康、安全节能、绿色环保和可靠耐用等优点近几年得到了迅速的发展,已经逐步取代传统光源,开始照亮世界。LED驱动电源是LED灯具的核心部件,它直接关系到LED照明产品的性能、安全及寿命的优劣。所以,为了更好地集成到现代照明装置中,LED驱动电源对于尺寸,寿命,成本和可靠性等性能提出了更高的要求。针对小功率LED照明应用,本文主要从简化电路结构和提高恒流精度两个方面开展了研究与设计工作,提出了一种基于源极驱动的原边控制AC-DC LED驱动电路。所设计的驱动电路通过在原边采用低压驱动管控制高压功率管的源极驱动电路结构,省去了传统的原边反馈技术所采用的辅助绕组、反馈电阻网络等电路,大大地减少了小功率LED驱动芯片的引脚数目和外围元器件数目,缩小了系统的体积,降低了设计成本,实现了简化电路的目的。控制芯片通过最低电压检测电路检测次级绕组的电流过零点信息,并且采用智能充放电电路以控制次级绕组的去磁时间TDemag与开关周期Ts成恒定比例,最终通过采用峰值电流检测电路控制原边峰值电流恒定,以实现恒流输出的目的。另外,本文摒弃了传统的线电压补偿技术,在原边峰值电流控制电路中内置了一种基于源极驱动拓扑结构的线电压补偿,通过在芯片CS采样脚上注入一个随输入线电压线性变化的补偿电流,来间接调整原边峰值电流在高压输入下的关断基准小于低压输入下的关断基准,避免了因功率管的关断延迟造成的峰值电流过冲现象,从而大大提高了输出电流的线性调整率,达到了高精度恒流输出的目标。本文设计的控制芯片采用TSMC 0.35μm 5V/650V CMOS/LDMOS工艺进行流片,并且通过3W电路原型测试验证,结果表明：在输入85-264V的范围内,输出恒流精度高达±1.6%,效率在80%以上；输入90V/60Hz情况下,启动时间小于45ms;输入220V/50Hz情况下,静态功耗低达137mW。可见,该电路在小功率LED驱动电源中具有很好的应用前景。
【关键词】：LED驱动电源 原边反馈 源极驱动 线电压补偿 恒流输出
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM923.34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题背景与意义9-10
• 1.2 LED驱动电源的国内外研究现状10-12
• 1.2.1 反激式恒流拓扑结构的研究现状10-12
• 1.2.2 提高恒流精度的研究现状12
• 1.3 研究内容与设计指标12-13
• 1.4 论文组织13-15
• 第二章 LED恒流驱动电路的原理分析15-23
• 2.1 LED的基本特性15-16
• 2.2 LED驱动电源的基本恒流驱动方式16-17
• 2.2.1 基于线性调整的恒流驱动16
• 2.2.2 基于电荷泵的恒流驱动16-17
• 2.2.3 基于开关电源的恒流驱动17
• 2.3 恒流LED驱动电源的基本拓扑结构17-19
• 2.3.1 Buck型拓扑结构17-18
• 2.3.2 Buck-Boost型拓扑结构18
• 2.3.3 Flyback型拓扑结构18-19
• 2.4 基于原边反馈的常用恒流控制方式19-21
• 2.4.1 PFM恒流控制20
• 2.4.2 固定去磁占空比恒流控制20-21
• 2.5 本章小结21-23
• 第三章 LED驱动电源系统的设计与仿真23-39
• 3.1 系统设计要求23-28
• 3.1.1 系统的性能定义23-24
• 3.1.2 控制芯片的性能定义24-26
• 3.1.3 系统的恒流原理26-28
• 3.2 系统恒流关键模块的设计考虑与原理分析28-32
• 3.2.1 最低电压检测电路28-29
• 3.2.2 去磁时间检测电路29-30
• 3.2.3 智能充放电电路30-31
• 3.2.4 开关控制信号产生电路31-32
• 3.3 系统建模及仿真实现32-37
• 3.3.1 系统建模软件SIMPLIS简介32
• 3.3.2 基于SIMPLIS的系统建模32-35
• 3.3.3 基于SIMPLIS的系统仿真实现35-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 电路设计与仿真分析39-59
• 4.1 带隙电压基准电路39-42
• 4.1.1 电路功能39
• 4.1.2 电路设计原理与实现39-41
• 4.1.3 电路仿真分析41-42
• 4.2 电流基准电路42-45
• 4.2.1 电路功能42
• 4.2.2 电路设计原理与实现42-44
• 4.2.3 电路仿真分析44-45
• 4.3 最低电压检测电路45-48
• 4.3.1 电路功能45
• 4.3.2 电路设计与仿真分析45-48
• 4.4 智能充放电电路48-50
• 4.4.1 电路功能48
• 4.4.2 电路设计实现与仿真分析48-50
• 4.5 内置线电压补偿的峰值电流控制电路50-55
• 4.5.1 电路功能50-51
• 4.5.2 电路设计原理与实现51-54
• 4.5.3 电路仿真分析54-55
• 4.6 整体LED驱动电路的设计与仿真分析55-58
• 4.6.1 整体LED驱动电路的设计55-56
• 4.6.2 整体LED驱动电路的仿真分析56-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第五章 芯片版图设计与测试验证59-73
• 5.1 芯片版图设计59-62
• 5.1.1 版图设计注意事项59-61
• 5.1.2 版图设计与布局布线61-62
• 5.2 系统测试电路设计62-64
• 5.2.1 系统测试电路及参数设置62-63
• 5.2.2 测试平台简介63-64
• 5.3 系统测试与分析64-72
• 5.3.1 系统的启动时间64-65
• 5.3.2 系统的保持时间65-66
• 5.3.3 芯片的典型工作波形66-67
• 5.3.4 系统的静态功耗67-68
• 5.3.5 系统的线性调整率68-69
• 5.3.6 系统的负载调整率69-70
• 5.3.7 系统的效率70-71
• 5.3.8 测试结果对比分析71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-81
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果81

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本文编号：1027131