论文摘要
近年来,半导体固体照明光源发光二极管(LED,light emitting diode)因其高效、节能、环保、寿命长、可靠性高等优点得到了广泛应用,尤其随着新材料的发展和制造工艺的改进,高亮度大功率照明白光LED发展迅速,大有取代白炽灯、荧光灯等成为通用照明领域新光源之势。因此,开发与之相适应的大功率LED驱动芯片具有十分广阔的市场前景。本文主要研究了3W照明白光LED串联饱和型双路恒流驱动电路的设计,其设计目标是分别为两路功率型照明白光LED提供恒定的350mA驱动电流。设计的驱动电路中主要包括带隙基准电压源、传感取样电路、反馈控制电路、输出级大功率驱动电路四大功能模块,其中输出级大功率驱动电路模块是整个设计的关键。为此,本课题中基于所采用的制造工艺,对输出级MOSFET的设计进行了专门的研究。主要是通过蛇形栅结构的版图设计以实现MOSFET所占用版图面积的减小;通过延伸漏结构的器件设计以实现MOSFET击穿电压的提高。研究所得的性能最优方案被用于后续整体电路的输出级功率MOSFET的设计中,在标准CMOS工艺线上实现了控制电路与功率器件的兼容设计。本设计采用无锡华润上华0.6μm双层金属双层多晶硅标准CMOS工艺制造,芯片面积为2mm×2mm,采用5V单电源供电。当电源电压在4.5～5.5V范围内变化时,输出驱动电流的变化可控制在1.4%以内,两路输出驱动电流的失配度可保持在2.8%之内;而当环境温度在0～90℃范围内变化时,输出驱动电流的变化可控制在1.75%以内,两路输出驱动电流的失配度可保持在2.6%之内。设计实现了良好的恒流驱动性能。该驱动芯片可用于通用照明领域以及便携式照明产品中。通过对基本方案的优化改进和补充,本设计能够实现更高的电源转换效率和功率驱动,其性能也可更加完善,实用性可得到更进一步的提高。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 引言1.1.1 LED照明的发展1.1.2 LED发光机理1.1.3 LED照明的特点1.2 大功率白光LED驱动电路1.2.1 驱动电路中LED的连接配置1.2.2 白光LED驱动电路分类1.3 本文主要内容及创新点第2章 高宽长比大功率MOSFET设计2.1 三种不同版图结构的MOSFET设计2.1.1 叉指状直栅结构MOSFET2.1.2 网格栅结构MOSFET2.1.3 蛇形栅结构MOSFET2.1.4 三种版图结构MOSFET的比较2.2 基于传统低压CMOS工艺的延伸漏极MOSFET2.3 高宽长比大功率MOSFET设计2.3.1 蛇形栅结构①2.3.2 蛇形栅结构②2.3.3 蛇形栅结构③2.3.4 蛇形栅结构④2.3.5 延伸漏结构①2.3.6 延伸漏结构②2.4 高宽长比大功率MOSFET测试方案2.4.1 芯片照片与封装图2.4.2 测试仪器及元器件2.4.3 需要测试的参数以及测试方法2.5 高宽长比大功率MOSFET测试结果与分析2.5.1 测试结果2.5.2 测试结果分析2.5.3 改进意见与结论第3章 3W照明白光LED串联饱和型双路恒流驱动电路设计3.1 芯片电路结构及其工作原理3.1.1 芯片总体结构3.1.2 电路工作原理3.2 各模块设计及相关仿真结果3.2.1 照明白光LED等效电路模型3.2.2 输出级高宽长比大功率NMOSFET的设计3.2.3 取样电流及取样电阻3.2.4 带隙基准电压源的设计与仿真3.2.5 运算放大器电路设计3.2.6 缓冲电路设计3.3 整体电路仿真3.3.1 版图验证与后仿真简介3.3.2 全电路后仿真结果3.3.3 电源转换效率第4章 3W照明白光LED串联饱和型双路恒流驱动电路测试与分析4.1 芯片的封装4.1.1 芯片封装图4.1.2 芯片管脚的定义4.1.3 电路可测性分析4.2 测试仪器及元器件4.3 各模块电路的测试4.3.1 缓冲电路的测试4.3.2 带隙基准电压源的测试4.3.3 输出级MOSFET的测试4.4 整体电路测试4.4.1 取样电阻对驱动电流的调节作用4.4.2 电源电压变化时驱动电路恒流特性4.4.3 输出驱动电流随温度变化特性4.4.4 芯片的电源转换效率4.5 测试小结第5章 总结与展望5.1 论文总结5.2 对后续工作的建议与展望5.2.1 芯片的产品化设计5.2.2 芯片电源转换效率的提高5.2.3 温度保护电路5.2.4 过压保护电路参考文献论文发表情况致谢
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标签：功率型白光发光二极管论文; 蛇形栅结构论文; 恒流驱动论文; 双路输出论文;
大功率照明白光LED CMOS恒流驱动电路设计与研究
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