带PFC和隔离方案的LED照明驱动IC设计

摘要

本文针对传统LED照明电路电源系统对传输电网产生强谐波干扰、工作效率低的问题及潜在的安装过程易受触电危险的缺陷，设计了一款高PF值和高效率的反激式AC-DC转换器的驱动芯片。芯片通过采用新颖的峰值电流检测技术，整形系统输入电流波形，有效抑制电流的尖峰脉冲畸变，实现高达95％的PF值;整形后的电流减少了器件的额外功耗，系统达到80％以上的工作效率;同时，反激式的耦合变压器的设计实现了高压回路和负载回路的隔离，提高了使用安全性。基于系统PFC和隔离的结构特点，芯片采用固定周期的脉宽调制，实现电流的非连续模式控制，保证变压器能量的二次转换，提高了系统的稳定性。
　　本文采用Top-down的流程和方法设计芯片的功能子模块，重点开发了用于峰值电流检测的比较阀值电压的实现电路——AGC自动增益控制环路;其两级运算放大器的设计和零极点补偿技术，解决了输出波形失真问题;应用高速比较器迟滞机制的独特设计，解决了增益调整过程中的毛刺干扰问题。此外，芯片集成的过温保护，输出开路、短路保护等模块，进一步确保系统工作安全稳定。
　　本文使用Cadence平台的Hspice软件进行电路仿真，采用华虹CMOSPMU350高压工艺和VirtosoLayoutEditor软件进行版图制作，并结合成本、散热等方面的考虑选择了性价比合理的SOP8封装。测试阶段使用了Fusetrim技术，在高精度带隙基准电路设计的基础上，达到了良好的片间匹配性，芯片各项参数和功能实现达到设计预期。论文结尾对课题做了展望，建议通过引入负载反馈机制，有望实现统一外围器件方案下的系统输出恒流，极大地方便客户端的应用。

目录

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摘要

第一章 绪论

§1．1 LED照明的发展概况

§1．2 LED的发光机制和驱动结构

§1．3 驱动照明的相关技术要求

§1．4 本论文的主要工作

第二章 开关电源架构和系统反馈

§2．1 开关电源的基本架构

§2．2 隔离方案实现原理

§2．3 PFC功能实现

§2．4 反激式开关电源和脉宽调制

§2．5 设计目标和模块定义

第三章 基本功能模块设计

§3．1 软启动电路的设计

§3．2 LDO电路的设计

§3．3 带隙基准的设计

§3．4 电流偏置模块的设计

§3．5 时钟信号发生器的设计

第四章 自动增益控制模块设计

§4．1 AGC的工作原理

§4．2 运算放大器的设计

§4．3 迟滞比较器的设计

第五章 辅助功能模块设计

§5．1 驱动电路的设计

§5．2 保护功能模块的设计

§5．3 芯片的整体仿真

第六章 器件的版图、封装和测试

§6．1 器件的版图

§6．2 器件的封装

§6．2 器件的测试

第七章 课题的总结和展望

§7．1 课题的总结

§7．2 课题的展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果

致谢