一款高精度非隔离恒流LED驱动芯片的设计

发布时间：2017-10-03 09:45

  本文关键词：一款高精度非隔离恒流LED驱动芯片的设计

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【摘要】：近年来,由于我国经济迅速发展,对能源的消耗日益增大,环境污染问题正逐步成为困扰国家发展的重大难题。节能成为了当代国人的重要研究性课题。而在总体能源消耗中,照明市场占到了其中的12%,因此在照明市场实行节能刻不容缓。LED照明的发展正在起到这样的作用,由于其低成本,高的能源使用率,使得LED未来的市场前景不可限量。本文是基于LED照明广阔的市场空间及低碳节能环保等诸多社会益处的前提下,设计了一款高精度非隔离恒流LED驱动芯片以满足LED灯具对驱动电源的要求。该款芯片基于CSMC0.25um25V BCD Process工艺平台设计与流片,它是一款高精度的LED恒流驱动芯片,可应用于LED恒流驱动电源,支持全电压输入AC85-265V。芯片利用源极驱动技术,无需次级反馈电路即可实现恒流驱动,无需变压器辅助绕组来实现退磁检测以及芯片供电,大大减少了外围电路元器件,节约了系统成本和体积。该款芯片内部集成了高精度电流取样电路,使得LED的输出电流精度达到土3%以内,线性调整率达到小于3%,负载调整率2%以内,同时实现90%以上的转换效率。该款芯片具备完善的保护功能,其利用变压器退磁时间来进行输出过压检测,一旦检测到过压信号芯片便进入“打嗝”工作状态；芯片集成了输出短路检测电路,一旦发现输出短路信号芯片便会进入较低的工作频率以限制输出功率。芯片的保护功能还包括电流过流保护、CS采样电阻开、短路保护,芯片电源电压欠压保护和过温保护等等功能,以保证整个系统在各种非理想工作环境中安全可靠的工作。针对该款芯片的设计,本文主要工作是：给出了该芯片各项功能的系统级设计,及芯片实现各项功能的方法,并给出了模块的具体电路以及仿真结果,如基准电压随温度的变化关系、线性补偿电路的仿真结果等,最后,本文给出了芯片流片后各项参数及功能的测试结果。在开环测试中,启动电流、启动电压、工作电流基本符合规格要求,VCC电压的钳位以及欠压阈值点与设计值基本吻合,其它各项参数也符合设计要求；在闭环测试中,系统的线电压调整率和负载调整率都为1.3%,都在要求范围内。到目前为止,该款芯片已经全面通过验证,正在转入量产阶段。
【关键词】：开关电源 非隔离 恒流 LED驱动
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM923.34
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 LED照明产业的发展必要性16
• 1.2 LED照明的应用16-17
• 1.3 国内外研究现状与发展方向17-18
• 1.3.1 研究现状17
• 1.3.2 照明用LED驱动IC发展方向17-18
• 1.4 本文的结构安排18-20
• 第二章 开关电源相关原理的概述20-36
• 2.1 几种调整器的介绍20-22
• 2.1.1 线性调整器20-21
• 2.1.2 开关型调整器21-22
• 2.2 三种工作模式22-24
• 2.2.1 连续工作模式(CCM)22-23
• 2.2.2 临界工作模式(BCM)23
• 2.2.3 断续工作模式(DCM)23-24
• 2.3 三种基本拓扑的分析24-28
• 2.3.1 buck-boost电路拓扑24-26
• 2.3.2 boost电路拓扑26-27
• 2.3.3 buck电路拓扑27-28
• 2.4 相关器件的选择28-34
• 2.4.1 电感的选择28-32
• 2.4.2 二极管的选择32-33
• 2.4.3 输出电容的选择33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 芯片系统级简介36-42
• 3.1 芯片总体简介36-40
• 3.1.1 基本特征36
• 3.1.2 典型应用36-37
• 3.1.3 启动37
• 3.1.4 恒流设置37-38
• 3.1.5 元件参数设置38
• 3.1.6 保护功能38-39
• 3.1.7 电气参数39-40
• 3.2 线电压调整率和负载调整率40-41
• 3.2.1 线性调整率40
• 3.2.2 负载调整率40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 电路各模块的分析设计与仿真42-68
• 4.1 REGULATOR模块42-46
• 4.1.1 启动电路与带隙基准电路42-45
• 4.1.2 VCC钳位电路45-46
• 4.2 REFERRENC模块46-49
• 4.2.1 欠压保护电路46-47
• 4.2.2 使能信号的产生47-48
• 4.2.3 REG&REF模块综述48-49
• 4.3 PWM模块49-54
• 4.4 TDDET模块54-59
• 4.5 保护功能模块59-67
• 4.5.1 过温保护OTP59-61
• 4.5.2 LED开路保护61-62
• 4.5.3 LED短路保护62-63
• 4.5.4 采样电阻R_(CS)开路保护63-64
• 4.5.5 采样电阻R_(CS)短路保护64-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 芯片测试结果与分析68-80
• 5.1 开环测试结果及分析68-77
• 5.1.1 芯片启动电流、启动电压及工作电流测试68-70
• 5.1.2 VCC钳位电压钳位点与欠压的的测试70-73
• 5.1.3 功率管最小导通时间以及最长关断时间的测试73-75
• 5.1.4 电流检测阈值(CS脚电压)的测设75-76
• 5.1.5 芯片的过温保护测试76-77
• 5.2 闭环测试结果及分析77-79
• 5.2.1 系统的线电压调整率77-78
• 5.2.2 芯片负载调整率的测试78-79
• 5.3 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 本文的主要工作总结80-81
• 6.2 前景及展望81-82
• 参考文献82-84
• 致谢84-86
• 作者简介86

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本文编号：964523