一种智能型Ballast Controller芯片的研究与设计

论文摘要

在节能和环保日益成为人类社会共识的今天,开发具有节电、改善功率因数、延长灯管寿命等诸多优点的智能型电子镇流器控制芯片（Ballast Controller）越来越成为现代混合信号集成电路设计和电力电子集成技术的一个热点研究问题。 当前主流Ballast控制芯片虽然集成了多种保护功能,但由于数字化程度低,常依赖分立器件设定系统参数,而无法实现对灯管工作状态的精密跟踪和优化控制,尤其是难以同DSP等算法模块协同工作以实现电路状态的实时数据处理和传送,限制了Ballast产品的升级换代。 为了解决以上问题,本文根据单片算法模块+智能控制芯片协同工作的架构重新定义设计了Ballast Controller芯片,并称之为Intelligent Ballast Controller（IBC）。在基本不提高工艺成本的条件下,设计方案集成了10位SARADC作为数据转换模块,使芯片能快速有效地采集处理电路状态信号,并能通过芯片端口和算法模块交换数据,实现对Ballast Circuit的实时动态控制。值得指出的是,由于设计中对ADC中DAC电容阵列开关顺序进行了优化,有效地提高了数据转换精度。 本文创新点在于:根据算法处理模块和IBC协同工作的设计理念,重新定义和设计了IBC的功能模块和端口,加入了高精度低功耗的SAR ADC模块,并应用最新的“INL Bounded”算法改进了其中的DAC电容阵列开关导通顺序,提高了数据的转换精度,增强了电路的实时动态控制能力。此外,设计的IBC还能方便地用可编程方式设定系统参数,以及实现多种智能化保护功能。 本文基于以上目标和思路,在电路与工艺设计中利用了国际上先进的数模混合功率集成电路的设计环境,在参考近年来此方向上主要研究成果的基础上,给出了完整的设计方案。计算机仿真结果与预期结果基本相符,表明设计方案可行,相关的工作也对此领域研究做出了有益的探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 智能电子镇流控制器（IBC）
• 1.1.1 电子镇流控制器基本原理和应用
• 1.1.2 电子镇流控制器分类和性能特点
• 1.2 国内外相关技术研究现状和趋势
• 1.2.1 国内Ballast技术的发展
• 1.2.2 国际研究现状
• 1.3 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 Intelligent Ballast Controller（IBC）系统设计
• 2.1 SPIC（Smart Power IC）概念和IBC设计
• 2.2 数模混合信号系统设计流程
• 2.2.1 典型的数模混合电路设计流程
• 2.2.2 IBC IC设计环境
• 2.3 Intelligent Ballast Controller系统设计
• 2.3.1 Intelligent Ballast Controller系统定制
• 2.3.2 Intelligent Ballast Controller Datasheet
• 第三章 IBC IC电路模块划分及设计
• 3.1 IBC内部功能模块框图
• 3.2 数据转换模块（SAR ADC）设计
• 3.3 内部振荡器模块设计
• 3.4 传感和PFC控制模块设计
• 3.5 数字逻辑控制模块设计
• 第四章 IBC IC版图设计
• 4.1 数据转换模块（ADC&DAC）版图设计
• 4.2 内部振荡器模块版图设计
• 4.3 传感，PFC控制和逻辑控制模块版图设计
• 4.4 IBC IC版图设计和注意问题
• 第五章 IBC IC模块仿真
• 5.1 数据转换模块（ADC）仿真
• 5.2 内部振荡器模块仿真
• 5.3 传感和PFC控制模块仿真
• 5.4 数字逻辑控制模块仿真
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢