大功率LED照明恒流驱动芯片的研究与设计

论文摘要

LED照明以其优越的发光特性和节能环保的特点受到人们的广泛关注,国家更是把LED照明列为重点发展领域,在政策上给予大力支持。照明行业正在迎来一场从传统照明向LED照明的巨大转变。LED是特性敏感的半导体发光器件,需要恒流驱动芯片对其工作状态进行稳定和保护,品质优良的恒流驱动芯片是LED长寿高效的关键。随着LED照明应用的推广和普及,产业对驱动芯片解决方案也提出了更高的要求,这给LED驱动芯片产业带来了巨大的机遇和挑战。针对不同的应用领域,如何能设计出高效,高功率因数,高可靠性,高电磁兼容性,且智能可控的大功率LED驱动IC是行业发展的趋势和方向。本文对LED的工作特性和驱动方式进行了介绍,阐述了各种恒流驱动技术的应用领域和优缺点,重点研究了基于Buck型拓扑的滞环控制模式和恒定导通时间控制模式；然后在0.25μm60V BCD工艺下,对结合了以上两种工作模式的Buck型恒流驱动芯片进行了研究和设计,给出了芯片关键模块的原理分析和仿真结果,之后对芯片整体电路的功能和指标进行了仿真验证,整体电路仿真结果显示：当恒流输出1A,工作频率500KHz时,效率可达97.8%；本文最后对所用工艺进行了介绍,对芯片版图设计中遇到的关键问题的解决进行了分析和描述,最终完成了芯片整体版图的设计。目前芯片已成功流片,正在封装测试阶段。本文设计芯片具有集成度高（内部集成了1.5A NMOS功率管）,输入电压范围广（6V-54V）,高效率,应用电路简单的优点；同时,该芯片还具备PWM调光、输出开路和短路保护,功率管欠压保护、输出过流保护、过温保护等功能。这些特点和功能可使芯片被广泛应用于室内装饰和照明、车用照明,公共照明等领域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 大功率LED驱动IC发展的现状及其趋势
• 1.3 论文的主要工作
• 第二章 大功率LED驱动技术
• 2.1 大功率LED工作特性及要求
• 2.1.1 LED的基本电学参数
• 2.1.2 影响LED寿命的主要因素
• 2.1.3 大功率LED的驱动方式
• 2.1.4 大功率LED的调光方式
• 2.2 大功率LED恒流驱动电路基本原理分析
• 2.2.1 线性恒流驱动技术
• 2.2.2 开关型恒流驱动技术
• 2.3 BUCK型恒流驱动电路
• 2.3.1 基于滞环控制模式的Buck型恒流驱动电路原理
• 2.3.2 基于恒定导通时间的Buck型恒流驱动电路原理
• 第三章 大功率LED驱动IC前端电路设计
• 3.1
• 3.1.1 芯片具体功能和指标要求
• 3.1.2 芯片引脚定义和典型应用
• 3.1.3 系统整体电路及模块功能设计
• 3.2 电源模块的设计与仿真
• 3.2.1 电路功能描述
• 3.2.2 实际电路及信号线定义
• 3.2.3 电路原理分析
• 3.2.4 电路仿真结果
• 3.3 低阈值电压比较器的设计和仿真
• 3.3.1 电路功能描述
• 3.3.2 实际电路及信号线定义
• 3.3.3 电路原理分析
• 3.3.4 电路小信号分析
• 3.3.5 电路仿真结果
• 3.4 电平位移模块的设计与仿真
• 3.4.1 电路功能描述
• 3.4.2 实际电路及信号线定义
• 3.4.3 电路原理分析
• 3.4.4 电路仿真结果
• 3.5 整体电路仿真设计及结果分析
• 3.5.1 芯片工作方式介绍
• 3.5.2 芯片仿真目标及参数设计
• 3.5.3 芯片恒定导通时间控制模式的仿真及验证
• 3.5.4 芯片滞环控制模式的仿真及验证
• 3.5.5 芯片过流保护功能仿真及验证
• 3.5.6 芯片PWM调光功能仿真及验证
• 第四章 大功率LED驱动IC后端版图设计
• 4.1 工艺简介
• 4.2 芯片部分特殊版图的设计
• 4.2.1 版图中不同电源系统隔离的设计
• 4.2.2 芯片功率管版图的设计
• 4.2.3 高端采样电阻的处理方法
• 4.3 芯片整体版图布局分析
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果