有源PFC离线反激式原边控制LED驱动芯片的设计研究

摘要

LED照明作为新一代的照明技术，凭借着高效率、低功耗、寿命长、绿色环保等优势，在照明领域有着非常广泛的应用前景。如今，LED在小功率照明和汽车照明领域的成功让更多公司看到了商机。随着LED照明技术的发展，LED照明开始进军通用照明领域，必将逐渐成为商用和住宅照明应用的主流。
　　能使用交流电源来驱动LED将使得LED应用得以迅猛增长，因为这种形式的电源在商用和住宅建筑中很容易得到[1]。由于LED照明不同于传统照明，它不是阻性负载，在大功率应用中，高功率因数(PowerFactor,PF)就显得格外重要。而采用单级功率因数校正技术（PowerFactorCorrection，PFC）和原边控制技术则能够进一步降低生产成本和减小体积[2]。基于以上的应用要求，本文提出了一款有源PFC反激式原边控制LED驱动芯片。芯片自带的有源功率因数校正功能使单级功率因数校正成为可能。该芯片专为反激式拓扑而设计，采用了新颖的原边控制技术，不仅能够实现恒定的平均电流输出，还省去了复杂的光耦电路，在满足电气隔离的基础上有效的减小了成本和体积。
　　本文对开关电源的基本原理、控制模式和LED照明的应用要求进行了分析，提出了一套完整的适用于LED通用照明的系统架构，并针对该架构设计了一款具有有源PFC功能的反激式原边控制LED驱动芯片。详细分析了系统和芯片的工作原理，并在此基础上进行了电路设计及仿真。整体的系统仿真基于华润上华公司的0.5umBCDST3600工艺库，仿真结果表明系统能实现很高的功率因数(＞95％)和精确的调制电流(＜5％)。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 LED照明现状与展望

1．2 LED通用照明所面临的挑战

1．3 LED通用照明的驱动及其性能要求

1．4 论文主要工作及章节安排

第二章 开关电源基本原理

2．1 反激式拓扑

2．1．1 基本开关电源拓扑

2．1．2 反激式拓扑

2．2 反激式拓扑的控制技术

2．2．1 光耦反馈

2．2．2 原边控制技术

2．3 功率因数校正技术

2．3．1 功率因数与总谐波失真

2．3．2 两级功率因数校正技术

2．3．3 单级功率因数校正技术

2．4 临界导通模式反激式功率因数校正

2．4．1 临界导通模式反激式功率因数校正原理

2．4．2 临界导通模式反激式功率因数校正电路的稳态分析

2．4．3 一种新颖的原边控制技术

2．5 本章小结

第三章 系统设计

3．1 LED发光特性

3．2 应用系统和控制芯片的设计目标

3．2．1 系统设计目标

3．2．2 控制芯片特点

3．2．3 芯片参数设计

3．3 LED通用照明系统架构和芯片架构

3．3．1 LED通用照明系统架构及工作流程

3．3．2 芯片工作流程

3．4 本章小结

第四章 电路模块设计与仿真

4．1 电源启动／供电模块

4．1．1 启动和电流偏置模块

4．1．2 带隙电源模块

4．1．3 LDO模块

4．1．4 欠压锁定(UVLO)模块

4．1．5 并联稳压器模块

4．1．6 内部电源模块

4．1．7 上电复位模块

4．1．8 基准电路模块

4．2 原边控制模块

4．2．1 误差放大器模块

4．2．2 电压电流转换电路

4．2．3 乘法器电路

4．2．4 电流电压转换电路

4．2．5 开关模块

4．3 峰值电流检测模块

4．4 振荡器模块

4．5 辅助绕组采样模块

4．6 故障检测模块

4．6．1 采样保持电路模块

4．6．2 故障检测模块

4．7 驱动模块

4．8 本章小结

第五章 系统仿真与分析

5．1 系统仿真电路图

5．2 启动过程及稳定工作波形

5．3 不同输出电流的关键点波形

5．4 输出过压和输出短路保护

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢