非隔离LED恒流驱动芯片的研究
本文关键词：非隔离LED恒流驱动芯片的研究
【摘要】：如今随着能源紧张和环境污染等问题的逐渐突出,LED灯具与普通照明灯具相比具有发光效率高、无污染等优点,是近年来最有发展前景的高新技术之一。LED灯具只有在恒流驱动时才能最大程度的发挥其性能,另外非隔离驱动相比隔离驱动具有更高的效率、更低的成本,因此对非隔离LED驱动芯片的研究具有重要的意义和应用价值。通过对LED恒流驱动电路的研究分析,采用非隔离BUCK结构进行恒流输出,不但转换效率高,而且能够自动适应电感量的变化和输出电压的变化,实现真正的恒流输出。本文根据BUCK电路下的电感伏秒平衡,使得电路工作在临界导通模式下,相比PWM等模式具有更高的效率。该芯片的主要功能模块包括:带隙基准电路,高低压补偿电路,同时为了保证系统能够稳定安全的工作还集成了多个保护电路,包含钳位保护电路,过流保护与前沿消隐,过温保护电路,过压保护电路等。该恒流驱动芯片正常工作模式下主要包括两个方面工作:当芯片内部集成的功率MOS管导通时,输入电压在为电感和电容充电的同时也为负载供电;而当电感电流上升到峰值时,功率MOS管关断,电感电容为负载供电。由于电感电容充放电时都是线性的,因此实现了真正的恒流输出。采用CADENCE仿真工具对芯片的各个子模块电路进行了完整的仿真分析,在对芯片外围电路设计之后对芯片的整体电路进行了系统仿真验证。理论分析和仿真结果表明该芯片功能正常,满足设计指标。最后根据电路设计芯片版图,DRC、LVS验证了所绘制版图的可行性。
【关键词】：LED 恒流驱动 非隔离BUCK
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM923.34
【目录】：
- 摘要2-3
- ABSTRACT3-8
- 1 绪论8-15
- 1.1 LED恒流驱动芯片的研究背景及意义8-10
- 1.2 LED恒流驱动芯片的国内外研究动态及发展趋势10-13
- 1.2.1 国内外研究动态10-11
- 1.2.2 LED恒流驱动芯片的发展趋势11-13
- 1.3 本论文的主要工作13-15
- 2 LED驱动技术15-25
- 2.1 LED的特性及其驱动电路的选择15-17
- 2.2 LED恒流驱动的主要方法17-21
- 2.2.1 电阻限流法17-18
- 2.2.2 线性调整型18-19
- 2.2.3 电容式开关型19-20
- 2.2.4 开关电源电路20-21
- 2.3 LED驱动电路控制模式的选取21-24
- 2.3.1 电压模式控制21-22
- 2.3.2 电流模式控制22-23
- 2.3.3 滞环电流模式控制23-24
- 2.4 本章小结24-25
- 3 恒流驱动芯片的系统组成及原理25-33
- 3.1 芯片设计功能概述25-27
- 3.2 芯片系统设计27-28
- 3.3 恒流输出的实现28-32
- 3.3.1 BUCK变换器工作原理29-30
- 3.3.2 连续导通模式与断续导通模式30-32
- 3.3.3 恒流输出的原理及实现32
- 3.4 本章小结32-33
- 4 恒流LED驱动芯片的设计与仿真33-57
- 4.1 带隙基准电压源的电路设计33-37
- 4.1.1 带隙基准原理33-34
- 4.1.2 与温度无关的带隙基准电路结构及其分析34-36
- 4.1.3 带隙基准仿真36-37
- 4.2 钳位保护电路的设计37-40
- 4.2.1 电路设计38
- 4.2.2 电路仿真38-40
- 4.3 Vdd电压源电路的设计40-42
- 4.3.1 电路设计40
- 4.3.2 电路仿真40-42
- 4.4 过流保护与前沿消隐电路的设计42-44
- 4.4.1 电路设计42-43
- 4.4.2 电路仿真43-44
- 4.5 过温保护电路的设计44-46
- 4.5.1 电路设计44-45
- 4.5.2 电路仿真45-46
- 4.6 高低压补偿电路的设计46-49
- 4.6.1 高低压补偿原理46-47
- 4.6.2 高低压补偿电路结构及其分析47
- 4.6.3 高低压补偿仿真47-49
- 4.7 过压保护电路的设计49-52
- 4.7.1 电路设计49-51
- 4.7.2 电路仿真51-52
- 4.8 整体电路的仿真分析52-56
- 4.8.1 整体电路功能52-53
- 4.8.2 系统参数选择53
- 4.8.3 电路仿真53-56
- 4.9 本章小结56-57
- 5 版图设计57-68
- 5.1 版图设计基本规则和流程57-59
- 5.1.1 版图设计基本规则57-58
- 5.1.2 版图设计基本流程58-59
- 5.2 基本器件版图设计59-64
- 5.2.1 MOS管版图设计59-61
- 5.2.2 电阻版图设计61-62
- 5.2.3 关键器件的版图设计62-64
- 5.3 整体版图设计及验证64-66
- 5.4 本章小结66-68
- 6 结论68-70
- 致谢70-71
- 参考文献71-72
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