白光照明LED驱动电路系统设计与研究

摘要

随着节能和环保意识日益深入人心，白光LED这一绿色照明系统倍受人们的关注。同时，随着白光LED制备技术的成熟发展，提供各种高效可靠的白光LED驱动电路是摆在人们面前的重要任务。为了满足对高亮度白光照明LED驱动电路的需要，本文设计了一种以便于芯片集成的开关电源式驱动电路，并对其特性作出系统的研究。 本文首先阐述了电感开关式LED驱动器系统的优点，接着按照室内通用照明的应用要求对整个驱动系统的核心模块进行子模块划分，其中重点设计了功率开关器件和和开关栅极驱动模块电路。功率开关管LIGBT设计过程中采用了渐变缓冲层技术，能有效缓解由于曲率效应引起的“过早”击穿问题，在相同击穿电压的情况下减小了开关管的版图面积，给出了开关管的结构和仿真参数。功率开关栅极驱动电路包含了更基本的栅极驱动模块、电流控制模块、智能保护模块等。电流控制电路采用过脉冲宽度调制(PWM)模式以实现恒流驱动方式。驱动芯片除了振荡电路、带隙基准、误差放大器、PWM比较器之外，还包括热迟滞关断、过压和过流保护等控制模块。基于18V Bi-CMOS工艺，给出各组成模块的主要仿真结果。 本文完成了一种白光LED驱动芯片的电路设计，对其特性进行系统分析，仿真结果表明，各个功能模块能实现预期要求，该工作为下一步版图设计和将来的流片打下良好基础。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 LED照明市场概况及发展趋势

1.2 LED驱动电路现状

第二章 LED驱动概述

2.1 LED基本特性介绍

2.2 LED连接方式

2.3 驱动电路的种类

2.4 LED控制方式

2.4.1恒流方式和恒压方式

2.4.2高亮度白光LED驱动器种类

第三章 开关式DC-DC变换电路

3.1隔离与非隔离

3.2亮度调节方式

3.2.1 PWM调光

3.2.2模拟调光

3.2.3数字调光

3.3控制方式

3.4控制模式

3.5拓扑结构

3.5.1降压型功率变换电路（也称BUCK电路）

3.5.2升压型功率变换电路和极性倒置功率变换电路

3.5.3隔离式功率变换电路

第四章 驱动电路性能分析

4.1功能性能指标

4.1.1电压输入范围

4.1.2输出功率

4.1.3输出电流控制精度

4.1.4高功率因素（PF）和谐波失真（THD）

4.1.5功率开关频率的选择

4.1.6转换效率η

4.2智能控制模块

4.2.1过流、短路保护

4.2.2过压和开路保护

4.2.3欠压锁定保护

4.2.4过热保护

4.3驱动电路的其他考虑

4.3.1安全和安规因素

4.3.2体积、成本

第五章 LED驱动电路的系统结构设计

5.1目标负载和系统架构划分

5.2系统的主要部分及系统仿真验证

5.3集成芯片模块

5.4功能分析

第六章 单元电路设计

6.1开关管的选择与设计

6.1.1器件电学参数设计

6.1.2器件结构、几何参数及杂质分布设参数设计

6.1.3器件仿真验证

6.2栅极驱动

6.2.1栅极驱动特性

6.2.2栅极驱动电路结构

6.3带隙基准源电路

6.3.1带隙基准源的架构和性能

6.3.2基准电路具体设计实现

6.3.3基准电路的启动

6.3.4仿真结果

6.4振荡器电路

6.4.1振荡器形式选择与分析

6.4.2 OSC_COMP电路

6.4.3仿真验证结果

6.5斜坡补偿电路

6.6、误差放大器模块

6.6.1误差放大器的设计指标

6.6.2误差放大器设计

6.6.3误差放大器的仿真结果

6.7 PWM电压比较器

6.7.1电压比较器的主要性能

6.7.2 PWM比较器的设计

6.7.3仿真测试

6.8信号前沿隐匿电路和逻辑控制电路

6.9保护电路

6.9.1过压和开路保护

6.9.2过流和短路保护

6.9.3滞回比较器设计

6.10过热保护

6.10.1过热保护反馈方式的选择

6.10.2过热保护电路设计

6.10.3保护电路仿真波形

6.11欠压锁存保护

6.11.1欠压保护基本原理与电路设计

6.11.2电路分析

6.11.3电路仿真波形

第七章 集成模块的工艺简介

结论与驱动技术展望

参考文献

致谢

研究成果