一款高PF低THD的LED恒流芯片设计

摘要

新一代照明光源LED在生活中得到广泛应用与发展。但在LED芯片工作时，谐波电流的引入，会对电网造成污染，影响LED芯片的正常工作及电能的利用率，所以设计一款具有有源功率因数校正技术的LED芯片有非常重要的意义。
　　本文简单介绍了谐波与功率因数的定义与它们的表达式；讨论了总谐波失真与功率因数之间的关系；阐述了有源功率因数校正技术的基本实现方法；分析了 CCM， DCM，CRM工作模式的优缺点；研究了恒定导通时间控制CRM反激式APFC电路。
　　在以上理论分析的基础上，采用0.8μm40V工艺，设计了一款高 PF低 THD的LED恒流芯片。恒定导通时间控制APFC电路可实现高PF和低THD，且控制功率管导通时间恒定的电路内置在LED芯片中，避免由分立器件过多造成的成本高、体积大的缺点。设计的LED芯片通过内部电路控制Vcs与Toff/ T的乘积为定值，实现了LED的恒流输出。该芯片的工作模式为CRM，功率管在零电流状态开启，减小了开通关断损耗。芯片采用原边反馈方式，与副边反馈相比，无需光耦等相关器件，减小了系统体积，降低了系统成本，提高了芯片系统的可靠性。
　　使用Candence公司的Hspice仿真软件，对设计的LED芯片中的带隙电压基准电路、内部电源电路、电压偏置电路、欠压锁存电路、基准电流源电路、VCC电压钳位电路、前沿消隐电路、过流保护电路、高低压补偿电路、过零检测电路、调光电路、最大退磁时间电路、comp脚电压钳位电路、恒流控制电路、恒定导通实现高PF和低THD电路、过温保护电路和负载补偿电路等各个功能模块以及整体电路进行了仿真，并完成了LED芯片的版图设计。测试结果表明，芯片的功率因数大于0.9，总谐波失真小于25％，效率高于87％，线性调整率小于5％，负载调整率小于3％，各项参数都满足设计指标要求。

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第一章 绪论

1.1 LED的应用背景

1.2 LED基本结构与特点

1.3谐波治理的原因及发展现状

1.4本论文的研究内容与结构介绍

第二章 功率因数校正原理与芯片系统级设计

2.1谐波与功率因数的定义

2.2功率因数和总谐波失真的关系

2.3有源功率因数校正方法

2.4芯片系统的反馈方式和恒流原理

2.5本芯片的系统级设计

第三章 芯片主要模块的工作原理分析与仿真

3.1带隙电压基准电路

3.2内部电源电路

3.3电压偏置电路

3.4欠压锁存电路

3.5基准电流源电路

3.6芯片VCC电压钳位电路

3.7逻辑保护及使能电路

3.8前沿消隐电路

3.9过流保护电路

3.10高低压补偿电路

3.11芯片CS脚浮空保护电路

3.12过零检测电路

3.13输出过压保护电路

3.14调光电路

3.15最大退磁时间电路

3.16环路补偿引脚电压钳位电路

3.17恒流控制电路

3.18恒定导通实现高PF和低THD电路

3.19过温保护电路

3.20逻辑控制驱动电路

3.21负载补偿电路

3.22小结

第四章 芯片系统仿真及测试

4.1启动电流及工作电流仿真

4.2芯片系统分析与仿真

4.3版图设计原则

4.4芯片测试结果

第五章 总结

参考文献

致谢

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