基于AOT技术的LED驱动器控制模块的设计

摘要

发光二极管作为一种高效、稳定的绿色光源，它是继白炽灯，日光灯和蒸汽灯之后的第四代照明光源，被广泛使用于生产生活之中。LED驱动器作为发光二极管的控制核心，是LED照明健康发展的保障。目前，LED驱动器在恒流精度、稳定性、电源利用效率、成本等方面，做出了突破性进展。由于自适应关断时间控制模式具有输出恒流精度高、控制环路简单、稳定性较强等优点，得到不断地推广。为了进一步提高LED驱动器的输出恒流精度和稳定性，本文针对核心控制模块延时关断控制器和自适应关断时间定时器进行了深入设计。　　本文首先介绍Buck型变换器的基本原理，确定了LED驱动器采用连续电流工作模式；然后介绍了Buck型变换器的三种调制模式，选择PWM和PFM混合的调制模式，以保证驱动器在轻载与重载情况下，都具有较好的输出效率；接着对迟滞电流控制模式和峰值电流控制模式的工作机制进行了概述，并派生出自适应关断时间控制模式。　　本文设计的延时关断控制器主要由高速比较器和关断信号产生电路组成，高速比较器提高了增益，降低了传输延时；关断时间产生电路，通过增设数字控制逻辑，利用对电容充放电的方式，在功率管导通阶段内，平衡峰值电流、谷值电流与平均电流的差值，稳定输出平均电流。自适应关断时间定时器主要由电流采样电路和关断时间控制电路组成，在电感电流上升至平均电流后，利用电感电流积分差值的方式，自适应调节系统的关断时间，避免了脉冲电流尖峰对输出平均电流的影响；同时简单地阐述了自适应关断时间定时器的传输函数，得到有效的环路设计理论，保证环路具有足够的增益与稳定性。　　文末搭建了LED驱动系统的典型应用电路，合理地配置了各个外围器件的参数。对延时关断控制器进行功能性验证，保证其传输延时、增益等结果符合设计要求。自适应关断定时器在采样电阻、负载输出电压和电感改变时，能够实现关断时间的自适应调节，确保输出平均电流恒定。最后对电路进行整体仿真，其仿真结果表明：典型应用时，芯片平均输出电流为240mA，输出电流最大值为360mA，最小值为120mA，系统的工作频率为120kHz；输入电源电压、负载输出电压、电感L、温度和工艺角在一定范围内变化时，恒流精度高达±2%，仿真结果满足了设计要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 LED恒流驱动的国内外研究现状

1.3 论文工作安排

第二章 Buck型变换器基本原理

2.1 Buck 型变换器基本原理

2.2 Buck 型变换器基本调制模式

2.2.1 PWM调制模式

2.2.2 PFM调制模式

2.2.3 PSM调制模式

2.3 Buck 型输出电流采样架构

2.3.1 浮地驱动型电流检测

2.3.2 浮地输出型电流检测

2.4 反馈环路控制模式

2.4.1 迟滞电流控制模式

2.4.2 峰值电流控制模式

2.4.3 自适应关断时间控制模式

2.5 本章小结

第三章 LED 驱动器关键控制模块的设计

3.1 系统设计指标与工作原理

3.1.1 系统指标

3.1.2 系统方案选择

3.1.3 系统工作原理分析

3.2 延时关断控制器的设计

3.2.1 电路设计的原理

3.2.2 平均电流比较器的设计

3.2.3 延时关断电路的设计

3.2.4 延时关断控制器整体电路

3.3自适应关断定时器的设计

3.3.1 电路设计的原理

3.3.2 电流采样电路的设计

3.3.3 关断时间控制电路的设计

3.3.4 自适应关断时间定时器整体电路的设计

3.3.5 自适应关断时间定时器的传输函数

3.4本章小结

第四章 LED 驱动器关键模块仿真与分析

4.1 外围参数设置

4.2 延时关断控制器的仿真与分析

4.2.1 平均电流比较器的仿真与分析

4.2.2 延时关断控制器整体电路的功能仿真与分析

4.3 自适应关断时间定时器的仿真与分析

4.3.1 不同采样电阻下关断时间的仿真

4.3.2 不同负载输出电压下关断时间的仿真

4.3.3 不同电感下关断时间的仿真

4.4 整体电路的仿真与分析

4.5本章小结

总结与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文