带多种保护功能的脉宽调制型LED驱动电路设计

论文摘要

大功率LED具有高效、节能、环保和长寿命等优点,它正逐渐取代白炽灯和荧光灯成为21世纪的新一代照明光源。伴随着LED产业的蓬勃发展,LED驱动集成电路产业作为LED照明系统的一部分,也开始逐渐兴起。如何设计出一款高性能的LED驱动电路成为当前研究的热点。本文结合国内外主流的LED驱动芯片介绍了几种常见的恒流控制模式,主要包括线性调整型和电感式开关调整型两种。通过对各种恒流控制模式原理的分析,指出在电压型PWM模式的基本上增加电压前馈控制环路能够有效地提高电路对电源的动态响应速度,并且电路易于实现,适合于作为大功率LED的恒流驱动控制模式。另外,本文介绍了几种常见的保护电路,包括过温保护、过压保护、低压锁存保护、过流保护和ESD保护,通过加入保护电路进一步提高了芯片的可靠性。本文设计了一款带多种保护功能的电压前馈控制型PWM模式大功率LED恒流驱动芯片。芯片内部电路主要包括电压调整器、带隙基准源、误差放大器、积分器、PWM比较器、保护电路、振荡器、触发器、输出驱动电路和功率开关管等。芯片采用0.5μm标准CMOS工艺制造,测试结果表明芯片工作电压范围为4.5V～7.5V,可为1W LED提供350mA的恒流驱动,其恒流精度可达到0.17%,工作效率高达95%。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 LED及其驱动电路的发展状况
• 1.1 LED的发展现状
• 1.2 LED驱动电路的发展现状
• 1.2.1 线性调整型
• 1.2.1.1 全电流取样线性调整型
• 1.2.1.2 带差分检测线性调整型
• 1.2.1.3 比例取样线性调整型
• 1.2.1.4 精密比例取样线性调整型
• 1.2.2 电感式开关调整型
• 1.2.2.1 电压型PWM模式
• 1.2.2.2 峰值电流型PWM模式
• 1.2.2.3 滞环电流型PWM模式
• 1.2.2.4 平均电流型PWM模式
• 1.2.3 LED驱动电路小结
• 第二章 LED照明系统保护电路的设计概述
• 2.1 保护电路的背景和意义
• 2.2 过温保护
• 2.2.1 温度补偿电路原理
• 2.2.2 过温关断电路原理
• 2.3 ESD保护
• 2.4 过压保护
• 2.5 低压锁存保护
• 2.6 过流保护
• 2.7 保护电路小结
• 第三章 脉宽调制型LED恒流驱动芯片的模块设计与仿真
• 3.1 芯片电路结构及设计指标
• 3.2 带隙基准源电路的设计与仿真
• 3.2.1 带隙基准源电路设计
• 3.2.2 带隙基准源电路仿真
• 3.3 偏置产生电路的设计与仿真
• 3.4 电压调整器的设计与仿真
• 3.5 误差放大器的设计与仿真
• 3.6 积分器的设计与仿真
• 3.7 振荡器的设计与仿真
• 3.8 PWM比较器的设计与仿真
• 3.9 保护电路的设计与仿真
• 3.9.1 过温保护的设计与仿真
• 3.9.2 过压保护的设计与仿真
• 3.9.3 低压锁存保护的设计与仿真
• 3.9.4 过流保护的设计与仿真
• 3.10 触发器的设计与仿真
• 3.11 驱动电路的设计与仿真
• 第四章 脉宽调制型LED恒流驱动芯片的系统设计与仿真
• 4.1 电路系统的时域分析
• 4.2 电路系统的稳定性分析
• 4.3 电路系统的整体仿真
• 4.3.1 电路稳定性仿真
• 4.3.2 电路功能仿真
• 4.3.3 电路性能仿真
• 第五章 芯片的版图设计
• 5.1 工艺介绍
• 5.2 普通功率管的版图设计
• 5.3 高压功率管的版图设计
• 5.4 ESD保护器件的版图设计
• 5.5 整体电路的版图设计及布局
• 第六章 芯片的测试与分析
• 6.1 芯片的测试方案
• 6.1.1 芯片封装管脚介绍
• 6.1.2 可测性设计考虑
• 6.1.3 测试元器件及仪器
• 6.2 各模块电路的测试
• 6.2.1 基准源电路
• 6.2.2 振荡器
• 6.2.3 积分器
• 6.2.4 PWM比较器
• 6.2.5 D触发器
• 6.2.6 保护电路
• 6.2.6.1 过温保护
• 6.2.6.2 过压低压保护
• 6.2.6.3 ESD保护
• 6.2.7 功率管
• 6.3 整体电路的测试
• 6.3.1 电路功能测试
• 6.3.2 恒流特性测试
• 6.3.2.1 电源电压变化时的恒流特性
• 6.3.2.2 环境温度变化时的恒流特性
• 6.3.3 工作效率
• 6.3.4 电路其他性能测试
• 6.3.4.1 开关导通占空比与电源电压的关系
• 6.3.4.2 误差放大器输出电压与电源电压的关系
• 6.3.4.3 输出电流与外接LED并联电容的关系
• 6.3.4.4 输出电流与外接LED串联电感的关系
• 6.3.5 只带电压前馈控制环路的电路测试
• 6.3.6 只带输出电流控制环路的电路测试
• 6.4 测试总结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 对今后工作的建议与展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果