LED高压线性恒流驱动芯片的设计

发布时间：2020-06-14 14:10

【摘要】：LED作为照明领域的新一代绿色光源,由于LED照明产品性价比的快速提升,LED照明产品的渗透率也在逐年增长,给LED照明产品供应高效低成本的驱动芯片,就为LED的广泛推广,取代传统照明产品提供了最有力的保障。随着近年来国内超高压BCD工艺技术趋于成熟,芯片封装技术的进一步提升,LED高压线性驱动系统的大部分电路可以集成在同一芯片中,实现了简约高效的光电一体化照明系统,简化了灯具的工艺流程,这种驱动方案的成本与传统开关电源相比较,减少了30%~40%。近几年照明产品的成长驱动力主要来自于球泡灯、灯管等替代性光源产品,价格和成本将成为客户的考虑关键。在成本因素的驱动下,以线性IC恒流源为基础的去电源方案逐步成为可接受的产品。基于这一需求,本设计选择高压单路线性恒流驱动芯片这个研究方向。考虑到浪涌高峰值电压对LED灯具寿命的影响,将芯片耐压指标提高到700V。芯片内部电路不设置单独的电源管脚,由与700V LDMOS驱动管集成在一起的高压JFET以及齐纳二极管产生内部电路所需要的电源。线性恒流LED驱动电路利用负反馈方式控制调整管导通电阻实现LED恒定电流工作。芯片的设计、制造基于华润上华CSMC_1um_700V_BCD工艺。本文首先详细地介绍了各种LED驱动技术,对外接电源单路线性恒流技术、无外接电源单路线性恒流技术和无外接电源分段线性恒流技术进行对比,确定了无外接电源单路线性恒流驱动方式。然后就本文中所采用的单路线性恒流技术开展研究,介绍了LED线性恒流驱动技术的工作原理,制定了芯片的参数指标。然后介绍驱动电路系统架构和工作原理,并详细分析了带温度补偿的带隙基准电路,仅在带隙基准电路基础上增加两个三极管就起到温度保护作用,提升过温保护效果;同时设计了带温度补偿的高压恒流驱动电路,当芯片结温上升到110度,输出驱动电流急剧下降,提高电路的可靠性。本文基于设定的指标,对整体电路进行了设计、仿真,使得各项指标满足设计要求。同时完成各模块电路和整体电路的版图设计、验证。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM923.34;TN405
【图文】：

I-V特性曲线,I-V特性曲线

图 2-1 LED 的 I-V 特性曲线ED 主要的电学参数有如下几个方面[19]：正向压降，定义为恒定电流流过 LED 时，LED 两端的压降。最大工作电流，在实际应用中，电流一般小于 60%。最大峰值电流，PWM 信号控制时，由 PWM 信号周期、占空比共同最大允许功耗,温度升高，LED 主波长就会红移，亮度下降，发光均变差。最大允许功耗变低。最大反向电压，LED 两端最大能承受的反向电压，超过其值，LED穿。回应时间，回应时间表征跟踪外部信号变化的快慢。LED 的光学特性ED 已经被广泛应用于指示灯、信号灯、仪表显示、手机背光、车载LED 在照明领域的应用也越来越广泛，发光 LED 的发光范围已涵盖[20]

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图 2-2 交流型 LED 驱动示意图ED 直流驱动之限流驱动流驱动时，LED 电流被限定在规定的范围内。限流驱动可分为阻流和饱和限流。阻抗限流方式，结构简单，但是添加的大阻抗会所以阻抗限流的方式常用于小功耗 LED 场合[23]。因为徒增了分流的电流主回路中，功耗增加，降低了整体 LED 驱动电路的效率。有结构简单、成本低等优点，而且具有较好的驱动性能。由于不数、性能差异的存在，导致严重依赖于元器件一致性的饱和限流规模应用。ED 直流驱动之脉冲驱动冲驱动，是将 PWM 脉冲电压加载在 LED 负载的两端。在一个周期周期有电流流过，后半个周期没有电流流过。利用视觉暂留效应能维持 0.1 秒～0.4 秒左右，如果发光的周期低于维持时间，即使

【参考文献】