基于源极驱动的LED恒流驱动控制芯片设计与实现

摘要

随着技术不断进步、行业快速发展以及半导体行业的持续推广和应用，发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)的应用不断丰富着人类的生活。新型光学LED设备具有实用、环保、安全、使用寿命长、功耗低、散热少、亮度高等优点，在家用照明、道路标示、室内室外装饰、背景光源等多个领域已得到广泛的应用。由于LED的驱动特性与传统照明设备的驱动方式不同，如何设计一款好的驱动电源对LED设备至关重要。本文设计并实现了一款基于BICMOS工艺的LED驱动电源控制芯片，给出了具体的电路设计以及工艺和版图设计，并完成芯片封装和测试。测试结果表明所设计的非隔离buck结构、源极驱动的LED芯片基本达到设计指标要求，可在较少外围器件下实现较高的恒流精度。
　　本文首先概述了LED的基本概念及工作原理，分析了LED驱动电源的分类和设计要素，以及LED照明产业的发展现状;其次，给出了芯片的设计目标及工作参数、芯片整体构架和典型应用电路。在此基础上，给出了芯片包括的带隙基准电路、偏置电路、VCC箝位电路、UVLO电路、线电压补偿电路、OCP电路、消磁检测电路、振荡器电路、逻辑及驱动电路、LED短路保护电路以及OTP保护电路等子电路模块的具体设计过程，分析了各个模块的功能和参数，并对各子电路模块以及芯片整体进行模拟仿真，给出仿真结果。随后，分析了芯片的生产工艺特点，剖析了各类型器件结构，完成版图的模块设计和整体布局布线设计、以及版图的DRC验证、LVS验证、PEX和后仿真验证。最后，对芯片进行封装和成品测试，具体完成启动电路测试、正常工作波形测试、输出短路保护测试、转换效率测试、线电压调整率及负载调整率测试和芯片的ESD测试等，测试结果表明所设计芯片达到预定指标。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 发光二极管概述

1．2 LED驱动电源简介

1．2．1 LED驱动电源分类

1．2．2 LED驱动电源设计要素

1．3 LED及其产业的发展现状

1．4 本文主要工作及内容安排

第2章 芯片架构及典型应用

2．1 总体电路

2．2 设计目标及工作参数

2．3 封装形式

2．4 典型应用电路

2．5 本章小结

第3章 子电路模块设计

3．1 带隙基准电路

3．2 偏置电路

3．3 VCC箝位电路及UVLO电路

3．4 线电压补偿电路

3．5 OCP电路

3．6 LED短路保护电路

3．7 消磁检测电路

3．8 振荡器电路

3．9 逻辑及驱动电路

3．10 OTP电路

3．11 整体仿真

3．12 本章小结

第4章 工艺与版图设计

4．1 器件及工艺特点

4．1．1 NPN晶体管

4．1．2 齐纳二极管

4．1．3 40V高压管

4．1．4 CMOS管

4．1．5 电阻

4．2 芯片整体版图设计

4．2．1 版图设计注意事项

4．2．2 版图验证

4．2．3 完成的版图

4．3 本章小结

第5章 芯片封装及测试

5．1 芯片封装及测试原理图

5．2 测试项目及测试结果

5．2．1 启动电路测试

5．2．2 芯片正常工作波形测试

5．2．3 输出短路保护测试

5．2．4 转换效率测试

5．2．5 线电压调整率及负载调整率

5．2．6 芯片的ESD测试

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢