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白光LED驱动研究与设计

作　者: 于海冬
导　师: 揣荣岩
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 白光LED驱动电流反馈控制带隙基准电压双极工艺
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

LED(Light Emitting Diode)是一种新型半导体固态光源,具有节能环保、长寿命等显著优点,因此,在全球能源日趋紧张和环保压力日益加剧的情况下,使用LED半导体照明是最佳选择。随着半导体技术的发展,白光LED在照明领域应用越来越广泛。为满足各种照明应用领域不同输入电压、输出电流的特点,各种类型LED驱动芯片不断被研发出来。所以,白光LED驱动芯片市场需求潜力巨大,成为当前研发的热点。通过对DC/DC(直流/直流)开关电源类型白光LED驱动芯片的研究,分析了该类芯片类型、开关管驱动方式、反馈控制模式和工艺对比,分析了含有振荡电路的PWM调节方式功耗情况。为减小振荡电路开关管功耗和电磁干扰,以稳定、高效率和低成本为目的,应用单稳态电路、电流反馈控制模式设计LED驱动电路。本论文采用升压开关电源实现白光LED驱动,设计基准电压、比较器1、比较器2和单稳态触发器四部分构成驱动电路,结合应用说明各部分功能和整体工作原理。设计了比较启动带隙基准电压结构,解决了“简并”问题。以双极工艺为基础,设计了四个组成部分具体电路,应用Cadence软件中Spectre工具进行仿真分析和原理说明。整体仿真验证说明：在5V输入电压下,电路在1.2us达到负载稳定；在2.5～5V的输入电压下,可以维持负载稳定,能够达到驱动白光LED的目的。最后,根据双极工艺特点,对设计的驱动电路进行版图设计。应用Cadence软件画出了版图,并利用Dracula工具进行了DRC和LVS验证。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章引言  10-16
  1.1 白光LED发展  10-12
  1.2 白光LED光源特点  12-13
  1.3 LED的工作原理和电学特性  13-15
  1.4 论文结构和主要内容  15-16
第二章 LED驱动电路分析  16-26
  2.1 常用开关电源电路结构  16-19
    2.1.1 Buck变换器(降压变换器)  16-17
    2.1.2 Boost变换器(升压变换器)  17-18
    2.1.3 Buck-Boost变换器(升降压变换器)  18-19
  2.2 开关电源调制方式  19-21
    2.2.1 PWM  19-20
    2.2.2 PFM  20-21
  2.3 开关电源控制模式  21-24
    2.3.1 电压控制模式  21-22
    2.3.2 电流控制模式  22-23
    2.3.3 PWM调制方式功耗分析  23-24
  2.4 LED驱动模块设计  24-26
第三章 LED驱动工艺设计  26-33
  3.1 集成电路的工艺  26-27
  3.2 标准双极工艺  27-32
  3.3 双极工艺特点  32-33
第四章 LED驱动芯片内部电路设计  33-52
  4.1 带隙基准电压  34-41
    4.1.1 带隙基准电压  34-38
    4.1.2 带隙基准电压结构设计与仿真  38-40
    4.1.3 启动电路及低压关断结构设计与仿真  40-41
  4.2 比较器  41-44
    4.2.1 比较器comp1结构设计与仿真  41-43
    4.2.2 比较器comp2结构设计与仿真  43-44
  4.3 单稳态触发器  44-49
    4.3.1 微分型单稳态触发器  45-46
    4.3.2 积分型单稳态触发器  46-48
    4.3.3 单稳态触发器的结构设计与仿真  48-49
  4.4 整体仿真结果  49-52
第五章版图的设计与验证  52-68
  5.1 版图的设计  52-59
    5.1.1 双极集成电路版图设计的基本原则  53-54
    5.1.2 版图的设计步骤  54-55
    5.1.3 双极集成电路器件版图设计  55-59
  5.2 版图的验证  59-61
    5.2.1 版图的验证项目  59-60
    5.2.2 版图验证过程  60-61
  5.3 版图规则文件的编写原理  61-67
    5.3.1 DRC规则文件  61-64
    5.3.2 LVS规则文件  64-67
  5.4 整体电路版图  67-68
第六章结论  68-69
参考文献  69-71
在学研究成果  71-72
致谢  72

白光LED驱动研究与设计

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