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白光LED驱动芯片设计

作　者: 段闻勇
导　师: 何晓雄
学　校: 合肥工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 半导体照明 恒流驱动 带隙基准源 二阶温度补偿 启动电路
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


大功率LED以其高效、节能、环保、寿命长、可靠性高等优点正在逐渐取代传统的白炽灯、荧光灯成为新一代照明光源。其应用领域正随着大功率照明LED性能的提高及生产成本的降低,由一些对亮度要求不高的景观照明领域向普通白光照明领域扩展。与此同时,由于功率LED应用的逐渐普及与功率型LED配套的驱动集成电路的研发也得到了长足的发展。本文研究的串联饱和型恒流驱动集成电路,旨在当电源电压或环境温度变化时为大功率LED提供恒定的驱动电流。为了达到功率器件和控制电路兼容集成的目的,恒流控制电路和功率驱动MOS晶体管集成在同一芯片上。本文首先根据芯片的功能要求设计了驱动电路的整体结构,然后按照功能进行了子模块设计:三个高增益放大器;具有20℃温度滞回区间的热关断保护模块,以在温度过高时关断芯片实施保护作用;一个温度系数为93.5 ppm /℃的高精度带隙基准源以维持LED亮度。在完成电路原理分析与电路模块设计的基础之上,采用CSMC 0.5μm CMOS工艺,使用cadence软件仿真。仿真结果表明设计的驱动电路达到了设计目的,可为白光LED提供350mA的平均驱动电流,当电源电压变化10%时,大功率照明白光LED上平均电流变化量不超过5%;当环境温度由0℃变化到80℃时,平均电流变化量不超过5%;整个控制电路的电源效率超过80%。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
致谢  7-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 研究背景及研究意义  12
  1.2 白光 LED 特性  12-15
    1.2.1 概述  12-14
    1.2.2 LED 驱动电路特性  14-15
    1.2.3 白光LED 温度特性  15
    1.2.4 白光LED 的光学特性  15
  1.3 白光 LED 驱动电路的分类  15-18
    1.3.1 恒流源  15-16
    1.3.2 电荷泵  16-17
    1.3.3 开关电源  17-18
  1.4 LED 的发展概况及前景  18-20
    1.4.1 国内外发展概况  18-19
    1.4.2 白光LED 发展前景  19-20
  1.5 本文的组织结构  20-21
第二章 串联饱和型恒流驱动电路的原理分析  21-39
  2.1 串联饱和型恒流驱动电路的电路结构和工作原理  21-22
  2.2 串联饱和型恒流驱动电路模型  22-24
    2.2.1 输出功率MOS 管的设计  22-23
    2.2.2 取样电流和取样电阻的确定  23
    2.2.3 照明LED 的等效电路模型  23-24
  2.3 CMOS 运算放大器的设计  24-31
    2.3.1 CMOS 运算放大器概述  24
    2.3.2 CMOS 运算放大器设计指标  24-25
    2.3.3 CMOS 运算放大器的分类  25-28
    2.3.4 电流检测放大器的设计与实现  28-31
  2.4 缓冲器电路  31-34
    2.4.1 缓冲器电路原理  31-32
    2.4.2 缓冲器电路结构及模拟特性  32-34
  2.5 过温保护电路设计  34-39
    2.5.1 过温保护基本原理  34
    2.5.2 比较放大器  34-35
    2.5.3 电路设计  35-36
    2.5.4 仿真结果  36-39
第三章 内置基准电路的设计  39-53
  3.1 带隙电压基准的基本原理  39-42
    3.1.1 负温度系数电压  39-40
    3.1.2 正温度系数电压  40
    3.1.3 实现零温度系数的基准电压  40
    3.1.4 常用带隙电压基准结构  40-42
    3.1.5 带隙电压基准的性能参数  42
  3.2 带隙基准的非理想因素  42-44
    3.2.1 运算放大器的非理想性  42-43
    3.2.2 有限β与等效基区串联电阻  43-44
    3.2.3 偏置电流随温度的变化  44
  3.3 带隙基准电路二阶温度补偿原理  44-45
  3.4 运算放大器失调电压补偿  45-46
  3.5 带隙基准电路的设计与实现  46-49
  3.6 多值偏置电压产生电路  49-53
第四章 串联饱和型恒流驱动电路的模拟结果  53-55
  4.1 电源电压变化时驱动电流的变化情况  53
  4.2 环境温度变化时驱动电流的变化情况  53-55
第五章 总结  55-56
参考文献  56-58
攻读硕士学位期间发表的论文  58-59

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管：按结构和性能分 > 发光二极管
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