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LED恒流驱动与智能保护芯片的研究与设计

发布时间:2017-07-08 14:28

  本文关键词:LED恒流驱动与智能保护芯片的研究与设计


  更多相关文章: LED 恒流驱动 开路保护 二极管链 LED阵列


【摘要】:在建筑与景观照明、显示屏领域中,大多采用由LED构成的阵列作为光源。本论文设计了LED阵列的驱动与保护芯片,包括恒流驱动芯片与LED开路保护芯片,实现恒流驱动、LED开路与短路保护。恒流驱动芯片采用了负反馈机制,检测LED支路上的电流变化,通过采样电阻将电流信号转化成电压信号并与基准电压进行比较,用放大的差值信号驱动晶体管调节其动态电阻,从而保持LED两端的电压稳定,达到恒流驱动的目的。芯片有三个引脚,使用时在控制端与输出端串联一个采样电阻,将接通电源的LED串与芯片串联。芯片工作电压范围为3~42 V,最大可输出850 mA电流,电流精度为±5%,用户可通过调节采样电阻来改变输出电流大小。恒流驱动芯片由电源模块、基准电路模块、采样与驱动模块、功率级模块、保护电路模块组成。电源模块产生稳定电压,为芯片内部供电;基准模块产生参考电压与参考电流;采样与比较模块用于检测外部电压变化,将反馈的电压信号与基准电压进行比较,输出放大的差值信号;功率级模块在驱动信号的作用下调节其动态电阻;保护电路模块用于对芯片进行过温、过压与欠压保护。LED开路保护芯片采用二极管链的形式,由多个串联的二极管与一个反向并联的二极管构成。使用时需要将该结构并联在LED的两端,当LED阵列正常工作时,保护芯片因较大的开启电压而保持截至状态;当某个LED发生开路故障时,与其并联的保护芯片因两端电压升高而导通,保证其他LED正常照明。保护芯片中反向并联的二极管用于泄放静电电流,对LED进行ESD保护。LED开路保护芯片是在同一个衬底上制作二极管器件,单个二极管采用多个PN结并联的形式,提高芯片的电流导通能力。同时,本文研究了一种制造方法,用于实现二极管的链状结构。本文采用1μm 40 V BCD工艺,在Cadence平台下进行设计仿真。最后对芯片在实际电路中进行了性能参数的测试、功能验证,达到了预期的设计目标。
【关键词】:LED 恒流驱动 开路保护 二极管链 LED阵列
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN402;TN312.8
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-9
  • 第一章 绪论9-13
  • 1.1 研究工作的背景9-10
  • 1.2 LED驱动发展趋势10-11
  • 1.3 论文研究内容及创新点11
  • 1.4 论文结构安排11-13
  • 第二章 LED照明驱动与保护技术13-28
  • 2.1 LED简介13-19
  • 2.1.1 LED结构与工作机理13-14
  • 2.1.2 LED基本特性14-17
  • 2.1.2.1 LED伏安特性14-15
  • 2.1.2.2 LED光学特性15-16
  • 2.1.2.3 LED热学特性16-17
  • 2.1.3 LED常用连接方式17-19
  • 2.2 LED驱动电路类型19-22
  • 2.2.1 电阻限流器19
  • 2.2.2 线性调节器19-20
  • 2.2.3 开关调节器20-22
  • 2.3 LED调光技术22-23
  • 2.4 LED保护技术23-27
  • 2.5 本章小结27-28
  • 第三章 LED驱动与保护芯片组的系统设计28-36
  • 3.1 恒流驱动芯片的系统设计28-31
  • 3.1.1 驱动方式选择28
  • 3.1.2 芯片总体概述28-29
  • 3.1.3 芯片系统框图29-31
  • 3.2 基于二极管链的LED开路保护芯片31-33
  • 3.3 LED恒流驱动与开路保护芯片组典型应用方案33-35
  • 3.3.1 芯片组应用电路34
  • 3.3.2 芯片组工作方式34-35
  • 3.4 本章小结35-36
  • 第四章 芯片的设计与仿真36-62
  • 4.1 电源模块36-37
  • 4.2 带隙电压基准37-42
  • 4.2.1 带隙基准原理37-39
  • 4.2.2 带隙基准的设计与仿真39-42
  • 4.3 运算放大器42-44
  • 4.3.1 运算放大器原理42
  • 4.3.2 运算放大器常用结构42-44
  • 4.4 恒流驱动模块44-52
  • 4.4.1 恒流驱动原理44-45
  • 4.4.2 功率调整管的选择45-46
  • 4.4.3 恒流驱动电路设计与仿真46-52
  • 4.4.3.1 基准电流源47-49
  • 4.4.3.2 偏置电路49
  • 4.4.3.3 误差放大器49-52
  • 4.5 保护电路52-57
  • 4.5.1 过压与欠压保护模块52-55
  • 4.5.2 过温保护模块55-57
  • 4.5.3 开关使能模块57
  • 4.6 恒流驱动芯片系统仿真57-59
  • 4.7 基于二极管链的LED开路保护芯片59-61
  • 4.7.1 二极管链结构设计60-61
  • 4.7.2 芯片制造方法61
  • 4.8 本章小结61-62
  • 第五章 恒流驱动芯片的测试与应用62-69
  • 5.1 恒流驱动芯片测试62-66
  • 5.2 恒流驱动芯片应用电路66-68
  • 5.3 本章小结68-69
  • 第六章 结论69-70
  • 致谢70-71
  • 参考文献71-73
  • 攻硕期间取得的研究成果73-74

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