基于LLC谐振快速响应LED驱动芯片的设计仿真与实现

摘要

随着人们节能环保意识的日益增强,LED作为优秀的绿色照明元件以其稳定、高效的性能,受到广泛的研究。与传统照明设备直接接入市电即可驱动的使用方法不同,LED需要配合特殊的驱动电路使用,一方面给照明器件提供稳定可靠的工作环境,另一方面也可以通过高性能的驱动电路来提高LED系统的效率。LED市场不断拓展的同时也推动了LED驱动产业的进一步发展。
　　在LED驱动设计领域中,DC/DC变换器的类型选择将直接影响芯片驱动系统的效率和应用,系统的环路响应速度与稳定性也是设计过程中需要折中处理的一对主要矛盾。针对上述问题,本文提出了一种基于LLC谐振变换且具有良好环路响应速度的LED驱动芯片。
　　本文首先对几种常见 DC/DC变换器的特点进行分析,通过简单的比较提出LLC谐振变换器具有适用于本文所设计芯片系统的特性,在此基础上着重对LLC谐振网络进行较为深入的理论研究,利用波形详细讨论变换器的工作原理,分析其高效转换的原因,再通过数学推导完成主要器件参数的设计工作。
　　随后对本文芯片设计过程中需要用到的软件进行介绍,包括用于绘制原理图并生成仿真网表的DxDesigner软件、用于仿真并完成功能验证的Hspice软件和用于版图绘制及校验的Virtuoso和Calibre软件。然后在LLC谐振变换架构的基础上,以上述软件为设计平台完成LED驱动芯片的系统的搭建,主要包括负载网络的设计、补偿网络分析和芯片主要子模块的设计和仿真,其中包括整流放大模块、模拟调光钳位跟随模块、PWM比较模块和死区时间产生模块。
　　最后对芯片系统的典型应用、PWM调光功能、模拟调光功能和环路响应速度进行整仿验证,同时简单介绍亮度自动补偿、错误检测保护和软启动等辅助功能,并在版图设计工作中,针对不同模块的工作特点和噪声强弱程度进行区域划分,完成主要布局布线设计。

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第一章 绪 论

1.1 LED产业发展趋势

1.2 LED驱动技术的发展现状

1.3 本论文的主要工作

1.4 本论文的结构安排

第二章 DC/DC变换器控制模式简介

2.1 DC/DC变换器分类

2.2 半桥谐振变换器拓扑

2.3 LLC谐振网络原理分析与设计

2.4 本章小结

第三章 LED驱动芯片的软件设计与仿真

3.1 应用软件简介

3.2 基于LLC架构LED驱动芯片系统环路设计

3.3 LED驱动芯片功能模块的设计与仿真

3.4 本章小结

第四章 LED驱动芯片的系统验证及版图设计

4.1 LED驱动芯片系统功能仿真

4.2 调光功能及环路响应速度仿真

4.3 芯片辅助功能介绍及版图设计

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

附录