提高升压型白光LED驱动芯片效率的关键技术研究

论文摘要

白光LED作为绿色环保节能的光源得到广泛的认可,目前已经广泛应用在手机、手持产品的LCD背光以及大功率照明方面。传统的LED驱动方案体积大,转换效率低,成本高,加上外部限流元件的损耗一般效率只有60%,使半导体照明节能的优势消失。高转换效率、低成本、高可靠性的驱动芯片才能有利于LED在照明和背光领域的普及与推广。本文设计的高效率升压型白光LED驱动芯片,既可以应用在LCD背光领域,也可以应用在LED照明领域,应用范围广,而且应用时只需很小的外接电感即可,相对于其它驱动器电路无需外接稳压二极管,降低了应用成本和功耗。首先系统地研究了白光LED芯片的驱动技术,根据课题的设计要求最终采用高效率升压DC DC转换器的拓扑结构,并对转换器的工作原理,损耗源进行了分析。芯片采用]电流模PWM调制方式,通过外部的串联LED形成电压负反馈的环路,通过采样电阻、电流检测模块组成电流负反馈环路,实现恒定的输出电压和电流。高效率与低功耗是有着密切联系的。这就要求在电路子模块设计时要把高效率与低的电路功耗统一起来,电路中的每个部分都考虑到电路功耗。对多输出的基准电压源、1M Hz固定频率的振荡器、温度迟滞保护、电流采样、动态斜坡补偿、39V过压保护、低导通电阻的高压LDMOS等关键子模块的基本原理和主要框架进行了分析,优化了电路结构,来提高整体电路的转换效率。该芯片最终采用上华0.5μm BCD工艺完成芯片的设计,仿真采用cadence的spectre工具,芯片最终版图的面积为0.72mm×1.35mm。目前芯片已经成功流片,经过对芯片进行了整体测试,输入电压为2.8-5.5V,输出电压最高可达38V,其驱动电流可由外接电阻从15mA-300mA任意调整,符合设计目标,整体转换效率可达到94%以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图或附表清单
• 第一章 引言
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 高效率升压型白光LED驱动芯片的拓扑结构
• 2.1 白光LED驱动技术
• DC转换器'>2.2 升压型DC_DC转换器
• 2.3 电流模PWM调制原理
• 2.4 升压转换器中损耗源分析
• 第三章 提高转换效率的关键电路设计
• 3.1 整体电路设计
• 3.1.1 整体芯片的特性
• 3.1.2 整体电路控制原理
• 3.1.3 环路补偿
• 3.1.4 芯片子模块划分
• 3.2 子模块电路设计
• 3.2.1 基准电压源电路设计
• 3.2.2 振荡器电路设计
• 3.2.3 过温保护电路
• 3.2.4 电流采样和斜坡补偿电路
• 3.2.5 限流保护电路
• 3.2.6 开路LED保护电路
• 3.2.7 误差放大器电路
• 3.2.8 数字逻辑电路
• 3.2.9 高压LDMOS
• 第四章 电路整体仿真及版图设计
• 4.1 整体电路仿真
• 4.2 版图设计
• 第五章 芯片系统设计及测试结果
• 5.1 芯片封装
• 5.2 引脚说明
• 5.3 芯片系统设计
• 5.4 PCB板设计
• 5.5 芯片测试
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢