应用于LED驱动系统中的IP核研究与设计

摘要

由于能源危机、温室效应以及生态环境的日益恶化，LED作为新一代光源，也称作“绿色光源”，具有发光效率高、节能、环保、使用寿命长等巨大的优势，因此成为新时代社会经济产业的宠儿。由于 LED具有自身的电学特性，因此需要专用驱动电路来提升 LED的功率。
　　本文论述了LED驱动芯片的发展现状及设计基础,针对目前市场上大多数 LED驱动芯片没有调光功能，效率不高且没有保护电路这一问题，本文研究设计了一款电感工作在连续电流模式下，且具有PWM调制方式和峰值电流反馈控制模式的Boost型 DC-DC驱动系统，实现了调光功能，并在系统中增加了保护电路，使芯片在电压过高或者过低，或者温度过高时得到有效保护，提高了系统的稳定性和安全性。分析了Boost型 DC-DC LED驱动芯片的工作机制，设计了系统架构以及该系统中的振荡器、PWM比较器、误差放大器、斜坡补偿电路等模块的电路结构。
　　本文使用 Cadence工具 Spectre模型对设计电路进行了仿真。结果表明，所设计的窗口比较式振荡器工作频率达到了200KHz，可同时为系统提供方波信号和锯齿波信号，且实现了工作频率的实时调整；PWM比较器在电源电压5V，温度为室温的情况下，增益为89dB，灵敏度为0.158mV，响应时间为9.5ns，满足设计要求；误差放大器采用单级折叠式共源共栅运放结构，在电源电压5V，温度为室温的条件下，增益为84.6dB，单位增益带宽为110MHZ，相位裕度为64.5°，共模电压输入范围为400mV~4V，满足设计指标。为 LED驱动电路的研究和发展提供了理论与技术支撑。