（微電子學(xué)與固體電子學(xué)專業(yè)論文）白光led驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì).pdf

摘要 摘要 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電源管理電路也積極地向著高集成度、高性 價(jià)比、高效率等方向努力發(fā)展。薄一輕一超小型電源模塊與裝置以及高效節(jié)能低污 染的綠色電源產(chǎn)品將是2 1 世紀(jì)的主流產(chǎn)品。本文基于升壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器原理， 采用c m o s 工藝，設(shè)計(jì)研制出一種高穩(wěn)定性，低功耗，并且具有較高轉(zhuǎn)換效率的以 恒定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)白光l e d 升壓型d c d c 變換器。 該變換器能利用一節(jié)鋰電池來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)到七個(gè)串聯(lián)的l e d 。采用l e d 串聯(lián)連接 的方法可以提供相等的l e d 電流，從而能獲得均勻的亮度而無(wú)需鎮(zhèn)流電阻器。其 中i c 的開(kāi)關(guān)頻率為1 2 m h z ，因而允許采用小巧的外部組件。由于可使用數(shù)值為 0 2 2 | lf 的輸出電容器，因此，與其它的解決方案相比，外圍組件在占用p c b 空間 和成本上均有所節(jié)省。9 5 m y 反饋電壓最大限度地降低了電流調(diào)節(jié)電阻器的功耗， 從而提高了效率。 本文首先根據(jù)d c d c 轉(zhuǎn)換的基本原理，給出理論依據(jù)。然后根據(jù)功能需要進(jìn) 行了變換器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。再對(duì)電路的所有子模塊電路進(jìn)行了詳細(xì)分析，借助設(shè) 計(jì)軟件h s p i c e 對(duì)子模塊電路進(jìn)行了完整的設(shè)計(jì)和模擬仿真，給出了合理的電路數(shù) 據(jù)，各子模塊電路的電特性參數(shù)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)所需指標(biāo)。最后，對(duì)整體電路 進(jìn)行了整體仿真，模擬結(jié)果表明該電路完成了設(shè)計(jì)功能、達(dá)到了預(yù)先制定的設(shè)計(jì) 指標(biāo)，最后電路進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，并且進(jìn)行了流片及d e b u g 測(cè)試。 關(guān)鍵詞：升壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電流模式斜率補(bǔ)償環(huán)路穩(wěn)定 a b s t r a c t a l o n gw i 也t h eh i ：g hs p e e dd e v e l o p m e n to ft h ep o w e re l e c t r o n i c s ，p o w e rs u p p l y m a n a g e m e n tc i r c u i ti sa l s op r o g r e s s i v e l yf a c i n gh i 曲i n t e g r a t i o n , h i g hp r i c ea b i l i t yr a t i o a n dt h eh i g h - e f f i c i e n c ye t c t h ed e v i c et h a ti ss ot h i n , s ol i g h ta n ds os m a l ls c a l ea n dt h e “g r e e n p r o d u c tw i t hh i g he f f i c i e n c y , h i g he n e r g ys a v i n ga n dl o wp o l l u t i n gw i l lb e p o p u l a ri n2 1s tc e n t u r y a c c o r d n gt ot h eb o o s ts w i t c h i n gr e g u l a t o ra n dt h ec m o s p r o c e s s i n g ，t h i st e x tt e l l su sh o w t od e s i g nad c d cb o o s tc o n v e r t e rt h a ti sw i t hh i g h s t a b i l i t y , l o wc o n s u m i n ga n dh i g h 艦u s f e re f f i c i e n c yt od r i v ew h i t el e d sw i t hc o n s t a n t c u r r e n t t h i sr e g u l a t o rc a l ld r i v et w ot os e v e nw h i t el e d sw i t ho n el i t h i u mb a t t e r y w ec a n g e te q u a ll e dc u r r e n tb yu s eo fs e r i e sl e d s a n dt h e nw ec a ng e tu n i f o r mb r i g h t w i t h o u tu s i n go fr e s i s t o r s a m o n gt h e m ，t h ei cs w i t c h i n gf r e q u e n c yi s 1 2m h z ，a sa r e s u l ty o ua r ea l l o w e dt oa d o p ts m a l l e re x t e r i o rm o d u l e b e c a u s eo f u s i n g0 2 2 u fo u t p u t c a p a c i t o r , t h e r e f o r ec o m p a r e dw i t ht h eo t h e rs o l u t i o n s ，t h eo u t e rc i r c l em o d u l et a k e su p m o r el i t t l ep c bs p a c ea n dt h e nh a sm o r el i t t l ec o s t t h e9 5m vf e e d b a c kv o l t a g e l o w e r e dt h ec o n s u m i n go ft h er e s i s t o rt h a tc a l lr e g u l a t et h el e d sc u r r e n t t h r o u g ht h a t w ec a na c h i e v eh i 曲e f f i c i e n c y f i r s tt h i st e x tg i v e so u tt h et h e o r i e sf o u n d a t i o nb yu s i n go ft h eb a s i cd c d c c o n v e r t e rp r i n c i p l e t h e nt h et e x tg i v e so u tt h et o t a ls t r u c t u r ed e s i g no fc o n v e r t e r a c c o r d i n gt ot h en e e do ff u n c t i o n a tl a s tw eh a v ead e t a i l e da n a l y s i st oa l lt h es u b c i r c u i t a n dt h e nw eu s et h eh s p i c et os i m u l a t ea n dd e s i g na l lt h es u b c i r e u i ti na l lw a y r e a s o n a b l ed a t aa leg i v e no u tb yt h er e s u l to ft h es i m u l a t i o n , a n dt h i sm a k e sa l lt h e s u b c i r c u i tp a r a m e t e rb e t t e rt h a nn e e d e d a n dt h e nw es i m u l a t et h ec i r c u i ti na 1 1 t h e r e s u l ti n i t i a t e st h a tm ec i r c u i th a sf i n i s h e dt h ef u n c t i o no fd e s i g n ，a n dd r a w su pi n a d v a n c eo ft h es e to fd e s i g n a n dt h e nw ec a r r yo nt h el a y o u tv e r i f i c a t i o n ，a n dt a p eo u t , a n dh a v et e s t e dt h ec i r c u i tt og i v eo u tad e b u gr e s u l t b o o s ts w i t c h i n gr e g u l a t o rc u r r e n tm o d es l o p ec o m p e n s a t i o nl o o p s t a b i l i z a t i o n 西安電子科技大學(xué) 學(xué)位論叟咧剖性( 或創(chuàng)新性) 聲明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在 導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo) 注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成 果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的 材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō) 明并表示了謝意。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處， 本人簽名。斗 本人承擔(dān)一切的法律責(zé)任。 日期盈呈：! ：壟 西安電子科技大學(xué) 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保 留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi) 容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時(shí)本人保證，畢業(yè)后 結(jié)合學(xué)位論文研究課題再攥寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學(xué)。 ( 保密的論文在解密后遵守此規(guī)定) 本學(xué)位論文屬于保蜜，在解密后適 本人簽名：i 綹 導(dǎo)師簽名：瓷斗 用本授權(quán)書。 日期壟墨：! ：竺 日期盤芝! ! 叢7 第一章緒論 第一章緒論 1 1 研究w l e d 驅(qū)動(dòng)電路的意義 白光發(fā)光二極管( w h i t el i g h t - e m l t t i n gd i o d e ；w l e d ，也經(jīng)常寫成： w h i t el e d ，w l e d ) 在電子照明領(lǐng)域發(fā)展迅速，應(yīng)用面越來(lái)越廣，例如汽 車的方向輔助燈、初級(jí)數(shù)碼相機(jī)的閃光燈、汽車的主照燈等，w l e d 還有一 項(xiàng)熱門的應(yīng)用，即l c d 的背光源，以取代以往的冷陰極燈管( c c f l ) 。 隨著便攜式彩色l c d 顯示屏的產(chǎn)品的發(fā)展及產(chǎn)量的猛增，使新型w l e d 驅(qū)動(dòng)器如雨后春筍般上市，品種之多及數(shù)量之大使w l e d 驅(qū)動(dòng)器已形成電源 i c 中的一個(gè)分支。 隨著亮度增加和價(jià)格降低，白光l e d 在通用照明領(lǐng)域的市場(chǎng)潛力越來(lái)越大。 自光l e d 在通用照明產(chǎn)業(yè)的使用，將對(duì)國(guó)家或地區(qū)的能源策略和環(huán)保策略產(chǎn)生積 極的影響。 白光l e d 具有體積小，使用可進(jìn)行平面封裝，或根據(jù)使用環(huán)境或狀況使用多 顆或進(jìn)行多種組合，并且具有發(fā)熱量低，發(fā)光壽命長(zhǎng)( 5 萬(wàn)小時(shí)以上) 、不易破，極 具耐震與耐沖擊性，可在較惡劣的情況下使用等特性。自光l e d 發(fā)光效率高，省 電、無(wú)熱幅射、不含水銀等重金屬，無(wú)污染及廢棄物處理問(wèn)題等眾多優(yōu)點(diǎn)，被視 為”綠色照明光源”的明日之星，在不久的將來(lái)，將取代目前為照明市場(chǎng)的主流白熾 燈泡及螢( 日) 光燈。自光l e d 照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將影響到一個(gè)國(guó)家和地區(qū)的能源戰(zhàn) 略和環(huán)保戰(zhàn)略，因此，各個(gè)國(guó)家紛紛進(jìn)行將l e d 半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)列為國(guó)家重大發(fā) 展項(xiàng)目進(jìn)行支持，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)也投入巨資進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。國(guó)際性大公司如g e 、 西門子、飛利浦、葺冉手、惠普等都已積極投入白光l e d 的研發(fā)工作。 白光l e d 的市場(chǎng)，是l e d 業(yè)界最被看好的具有強(qiáng)大潛力的照明光源市場(chǎng)。根 據(jù)f r o s t & s u l l i v a n 的預(yù)估顯示，全球照明光源市場(chǎng)平均每年以5 的成長(zhǎng)率穩(wěn)定爬 升；其中，白光l e d 較易進(jìn)入的是白熾燈泡及螢光燈市場(chǎng)，此兩項(xiàng)產(chǎn)品是民用照 明最普及的光源，未來(lái)白光l e d 的市場(chǎng)潛力可說(shuō)是相當(dāng)?shù)木薮蟆?我國(guó)是僅次于美國(guó)的第二大發(fā)電大國(guó)，2 0 0 2 年我國(guó)發(fā)電總量為1 6 5 萬(wàn)億千瓦 時(shí)，其中1 3 4 萬(wàn)億千瓦時(shí)( 8 0 ) 為火力發(fā)電，燃燒大量的原煤和石油，產(chǎn)生大量 的粉塵和s o 、c 0 2 等氣體，環(huán)境污染嚴(yán)重。照明用電量已超過(guò)1 5 0 0 億千瓦時(shí)，占 總發(fā)電量的1 0 - 1 2 ( 發(fā)達(dá)國(guó)家占2 0 左右) ，大大超過(guò)三峽水力發(fā)電站年總發(fā)電 量8 4 0 億千瓦時(shí)。我國(guó)是一個(gè)能源相對(duì)緊缺的國(guó)家，特別是華南，華東，華北更 是缺電，所以在我國(guó)發(fā)展白光l e d 對(duì)于可持續(xù)發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。 白光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì) 在現(xiàn)階段，白光l e d 的應(yīng)用，在照明方面，主要是供汽車內(nèi)閱讀燈、裝飾燈 等使用，其余約有9 5 以上是供小尺寸l c d 背光源使用。 1 白光l e d 市場(chǎng)以彩色手機(jī)之屏幕背光源的市場(chǎng)為最大 雖然白光l e d 使用壽命最高可達(dá)十萬(wàn)小時(shí)，但是必須在低電流的環(huán)境下操作， 目前該產(chǎn)品主要是供小尺寸背光源使用，就各應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)看，由于彩色屏幕手機(jī) 需要搭配白光l e d 為背光源，而彩屏手機(jī)在未來(lái)幾年成為手機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)， 根據(jù)業(yè)界對(duì)彩屏手機(jī)的市場(chǎng)預(yù)測(cè)，2 0 0 4 年彩色手機(jī)比例約四成，2 0 0 5 年則預(yù)估將 達(dá)5 5 至6 0 ，如以彩屏手機(jī)一年需求量約4 5 億支及屏幕用背光源需2 _ 4 顆白光 l e d 來(lái)估計(jì)，彩色手機(jī)用屏幕背光源一年需求約5 1 0 億顆，另外，由于白光l e d 已開(kāi)始應(yīng)用于手機(jī)及數(shù)字相機(jī)的閃光燈，今年手機(jī)及數(shù)字相機(jī)比重約1 5 ，明年 則預(yù)計(jì)將提升至2 0 ，如以閃光燈約需3 _ 4 顆估，則一年需求量約4 億顆。其次， 在p d a 及數(shù)字相機(jī)用背光源方面，根據(jù)臺(tái)灣工研院經(jīng)資中心預(yù)估值來(lái)看，p d a 在 2 0 0 3 年的出貨量約2 5 0 0 萬(wàn)臺(tái)，每臺(tái)約使用6 8 顆白光l e d 來(lái)估算，約需5 0 0 0 萬(wàn) 顆；若以數(shù)碼相機(jī)來(lái)看，全球2 0 0 3 年數(shù)字相機(jī)出貨量約3 0 0 0 萬(wàn)臺(tái)，以每臺(tái)使用 4 6 顆估，需求量約2 億顆左右。以此來(lái)看，白光l e d 需求仍將以彩屏手機(jī)背光 源市場(chǎng)為主。 2 白光l e d 目前以小尺寸l c d 背光源為主 冷陰極熒光燈( c c f l ) 相較于其它背光源技術(shù)具有亮度較亮且發(fā)光效率高的 優(yōu)點(diǎn)，但在小尺寸l c d 方面，對(duì)背光源的尺寸要求比較嚴(yán)格，但由于制造小管徑 的冷陰極熒光燈技術(shù)難度較高，成本也無(wú)太大優(yōu)勢(shì)，因此冷陰極熒光燈多使用于4 時(shí)以上的顯示器( 而一般手機(jī)用屏幕尺寸多在1 5 時(shí)至2 2 時(shí)間，數(shù)碼相機(jī)因輕薄考 慮，尺寸也在此之間) ，在大尺寸l c d 背光源方面，現(xiàn)階段冷陰極熒光燈在大尺寸 所需之輝度及價(jià)格方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此在大尺寸的l c d 背光源采用冷陰極熒 光燈。因此，白光l e d 作為l c d 背光源與以冷陰極熒光燈作為l c d 背光源的分 界點(diǎn)在于，小尺寸l c d 多使用白光l e d ，大、中尺寸l c d ( 如l c d 顯示屏，l c d t v ) 則多使用冷陰極熒光燈，如白光l e d 的亮度提高、成本進(jìn)一步改善，則在大 尺寸l c d 方面，白光l e d 將替換冷陰極熒光燈作為背光源使用。如此一項(xiàng)，考 慮到大尺寸l c d 在p c 和t v 方面的市場(chǎng)潛力，作為大尺寸l c d 背光源的白光l e d 需求量是十分驚人的。 3 白光l e d 市場(chǎng)最大的是通用照明市場(chǎng) 業(yè)界對(duì)白光l e d 市場(chǎng)最看好的是通用照明市場(chǎng)，現(xiàn)階段白光l e d 發(fā)光效率已 可達(dá)3 0 1 m w ( 普通的白熾燈泡發(fā)光效率為1 5 1 m w ) ，但是，如果白光l e d 真正在 通用照明市場(chǎng)上占據(jù)一定的市場(chǎng)，需要白光l e d 發(fā)光的效率提升到6 0 1 0 0 1 m w 時(shí)方有機(jī)會(huì)，從發(fā)光效率來(lái)看，白光l e d 一旦超過(guò)6 0 1 m w 后( 相當(dāng)于2 0 w 日光 燈) ，在照明市場(chǎng)便可開(kāi)始普及化，若能將效率提升至8 0 l m w ，則將普及到一般家 第一章緒論 3 一 庭各式燈具。但白光l e d 要真正占據(jù)通用照明市場(chǎng)，除了發(fā)光效率及功率仍有極 大的改善外，成本也是非常重要的因素，在發(fā)光效率與成本比率上，2 0 0 1 年白光 l e d 的成本約l 美元l m ，2 0 0 2 年降至0 1 美元l m ，如果能將成本降至0 0 1 美元l m ， 因白光l e d 屬于綠色環(huán)保能源，則預(yù)計(jì)將有可完全取代現(xiàn)有通用照明的大多數(shù)市 場(chǎng)。 熒光燈相對(duì)較省電，但廢氣中有汞氣污染、電磁污染、熒光燈管容易老化、 使用壽命短、怕振動(dòng)、易碎等問(wèn)題。白熾鎢絲燈泡具有安裝簡(jiǎn)便，低效率、高耗 電、壽命短、易碎。高壓鈉燈燈具有成本高，安裝、維護(hù)困難，效率低、耗電高、 壽命短。所有這此照明器材都在不同程度上對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。 l白光l e d 應(yīng)用于照明比現(xiàn)行光源壽命將提高5 倍以上，可充分解決燈管含汞 的環(huán)保問(wèn)題，故白光l e d 為一無(wú)污染的環(huán)保光源。白光l e d 燈具有體積小、發(fā)熱 量低( 沒(méi)有熱幅射) 、耗電量小( 低電壓、低電流起動(dòng)) 、壽命長(zhǎng)( 1 0 萬(wàn)小時(shí)以上) 、 反應(yīng)速度快( 可在高頻操作) 、環(huán)保( 耐震、耐沖擊不易破、廢棄物可回收，沒(méi)有污 染) 、可平面封裝易開(kāi)發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有白熾燈泡耗電高、易碎及日 光燈廢棄物含汞污染的問(wèn)題等缺點(diǎn)，是符合環(huán)保理念的綠色光源。 因此對(duì)白光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路的研究具有很大的現(xiàn)實(shí)和實(shí)用意義。 1 2國(guó)內(nèi)外同類課題研究現(xiàn)狀 如今，眾多的便攜電子產(chǎn)品均需要背景燈l e d 驅(qū)動(dòng)器解決方案，其具有以下 特性：直流控制、高效率、p w m 調(diào)光、過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載斷開(kāi)、小型尺寸以及簡(jiǎn)便 易用。本節(jié)將探討每種l e d 驅(qū)動(dòng)器的特性以及實(shí)現(xiàn)這些特性的方法，最后將說(shuō)明 具備每種特性的典型電路。 1 直流控制 l e d 是由電流驅(qū)動(dòng)的器件，其亮度與正向電流呈比例關(guān)系。有兩種方法可以 控制正向電流。 第一種方法是采用l e dv - i 曲線來(lái)確定產(chǎn)生預(yù)期正向電流所需要向l e d 施加 的電壓。其實(shí)現(xiàn)方法一般采用一個(gè)電壓電源和一個(gè)鎮(zhèn)流電阻器。圖1 1 說(shuō)明了這種 方法。如下所述，此方法有多項(xiàng)不足之處。l e d 正向電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致l e d 電流的變化。如果額定正向電壓為3 6 v ，則圖1 1 中l(wèi) e d 的電流為2 0 m a 。如果 電壓變?yōu)? 0 v ，這是溫度或制造變化引起的特定壓變，那么正向電流則降低到 1 4 m a 。正向電壓變化1 1 會(huì)導(dǎo)致更大的正向電流變化達(dá)3 0 。另外，根據(jù)可用 的輸入電壓，鎮(zhèn)流電阻的壓降和功耗會(huì)浪費(fèi)功率和降低電池使用壽命。 4 一 白光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì) 鞠崢?lè)璴 嘲黛，& i 獻(xiàn)期鰣 柏嵋啪。盱 。孺瓣、j ，? ， 圖1 - 1 ，帶鎮(zhèn)流電阻的電壓電源導(dǎo)致效率降低和正向電流失配 第二種方法、也是首選的l e d 電流調(diào)整方法是利用恒流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)l e d 。恒 流電源可消除正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化。因此無(wú)論正向電流如何變化均可 產(chǎn)生恒定的l e d 亮度。產(chǎn)生恒流電源很容易。只需要調(diào)整通過(guò)電流檢測(cè)電阻器的 電壓，而不用調(diào)整電源的輸出電壓。圖1 2 說(shuō)明了這種方法。電源參考電壓和電流 檢測(cè)電阻器值決定了l e d 電流。在驅(qū)動(dòng)多個(gè)l e d 時(shí)，只需把它們串聯(lián)就可以在每 個(gè)l e d 中實(shí)現(xiàn)恒定電流。驅(qū)動(dòng)并聯(lián)l e d 需要在每個(gè)l e d 串中放置一個(gè)鎮(zhèn)流電阻， 這會(huì)導(dǎo)致效率降低和電流失配。 始l | 呷嘲黼釜j 謄j 委_ l 誓曩0 0 毫 毛：i 。_ 。 i j - ：， i j ：_ ： ，i w 圖1 2 ，驅(qū)動(dòng)l e d 的恒流電源 2 高效率 攜帶型應(yīng)用中電池使用壽命是至關(guān)重要的。l e d 驅(qū)動(dòng)器如果實(shí)用，就必須具 備高效性。l e d 驅(qū)動(dòng)器的效率測(cè)量與典型電源的效率測(cè)量不同。典型電源效率測(cè) 量的定義是輸出功率除以輸入功率。而對(duì)于l e d 驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，輸出功率并非相關(guān) 參數(shù)。重要的是產(chǎn)生預(yù)期l e d 亮度所需要的輸入功率值。這可以簡(jiǎn)單地通過(guò)使l e d 功率除以輸入功率來(lái)確定。請(qǐng)注意：如果這樣定義效率的話，則電流檢測(cè)電阻器 中的功耗會(huì)導(dǎo)致電源功率耗散。通過(guò)公式1 1 ，我們可以看出較小的電流傳感電壓 會(huì)產(chǎn)生較高效率的l e d 驅(qū)動(dòng)器。還說(shuō)明了較低的電流傳感電壓電源更為有效，無(wú) 論輸入電壓或l e d 電流如何，只要其它條件相同，較低的參考電壓都可以提高效 率并延長(zhǎng)電池的使用壽命。 。觥o?一 1 0 立0 第一章緒論 助婦嘩= f - = f 垡i - 廣一 ( 1 1 ) ” 。，乙+ r “嬲+ 毛驄r 商歷蹈椒隰 、 此公式說(shuō)明了低的電流檢測(cè)電阻器損耗的重要性 3 線性調(diào)光和p w m 調(diào)光 許多攜帶型l e d 應(yīng)用都需要進(jìn)行光度調(diào)節(jié)。在l c d 背光等應(yīng)用中，調(diào)光功 能可提供亮度及對(duì)比度調(diào)節(jié)。我們可采用兩種調(diào)光方法：線性與p w m 。利用線性 調(diào)光，通過(guò)控制反饋電壓為原先的5 0 可實(shí)現(xiàn)5 0 的亮度。p w m 調(diào)光，在5 0 占空比時(shí)加滿電流可達(dá)到5 0 亮度。為確保人的肉眼看不到閃動(dòng)，p w m 信號(hào)的頻 率必須高于1 0 0 h z 。最大p w m 頻率取決于電源啟動(dòng)與響應(yīng)時(shí)間。為提供最大的靈 活性以及集成簡(jiǎn)易性，l e d 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)能夠接受高達(dá)5 0 k h z 的p w m 頻率( 因驅(qū)動(dòng) 電路而不同) 。 4 過(guò)壓保護(hù) 在恒流模式中操作電源需要采用過(guò)壓保護(hù)功能。無(wú)論負(fù)載為多少，恒流電源 都可產(chǎn)生恒定輸出電流。如果負(fù)載電阻增大，電源的輸出電壓也必須隨之增大。這 就是電源保持恒流輸出的方法。如果電源檢測(cè)到過(guò)大的負(fù)載電阻，或者負(fù)載斷開(kāi) 的話，輸出電壓可提高到超出i c 或其它分立電路組件的額定電壓范圍。恒流l e d 驅(qū)動(dòng)器可采用多種過(guò)壓保護(hù)方法。其中一個(gè)方法是使齊納二極管與l e d 并聯(lián)。這 種方法可以將輸出電壓限制到齊納擊穿電壓和電源的參考電壓。在過(guò)壓條件下， 輸出電壓會(huì)提高到齊納擊穿點(diǎn)并開(kāi)始傳導(dǎo)。輸出電流會(huì)通過(guò)齊納二極管，然后通 過(guò)電流檢測(cè)電阻器接地。在齊納二極管限制最大輸出情況下電源可連續(xù)產(chǎn)生恒定 的輸出電流。更佳的過(guò)壓保護(hù)方法是監(jiān)控輸出電壓并在達(dá)到過(guò)壓分界點(diǎn)時(shí)關(guān)閉電 源。如果出現(xiàn)故障，在過(guò)壓條件下關(guān)斷電源可降低功耗并延長(zhǎng)電池使用壽命。 5 負(fù)載斷開(kāi) l e d 驅(qū)動(dòng)電源中一個(gè)經(jīng)常被忽視的功能是負(fù)載斷開(kāi)。在電源失效時(shí)負(fù)載斷開(kāi) 功能可以把l e d 從電源斷開(kāi)。這種功能在下列兩種情況下至關(guān)重要，即斷電和 p w m 調(diào)光。在升壓轉(zhuǎn)換器斷電期間，負(fù)載仍然通過(guò)電感器和二極管與輸入電壓連 接。由于輸入電壓仍然與l e d 連接，即使電源已經(jīng)失效，就會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生一個(gè)小電 流。即使很小的泄漏電流也會(huì)在很長(zhǎng)的空閑期間極大縮短電池壽命。負(fù)載斷開(kāi)在 p w l v l 調(diào)光時(shí)也很重要。在p w m 空閑期間，電源已經(jīng)失效，但是輸出電容器仍然 與l e d 連接。如果沒(méi)有負(fù)載斷開(kāi)功能，輸出電容器會(huì)通過(guò)l e d 放電，直到p w m 脈沖再次打開(kāi)電源。由于電容器在每個(gè)p w m 循環(huán)開(kāi)始都部分放電，一次電源必須 在每個(gè)p w m 循環(huán)開(kāi)始時(shí)給輸出電容器充電。因此會(huì)在每個(gè)p w m 循環(huán)產(chǎn)生突入電 流脈沖。突入電流會(huì)降低系統(tǒng)效率并在輸入總線上產(chǎn)生瞬時(shí)電壓。而如果具有負(fù) 載斷開(kāi)功能，l e d 就會(huì)從電路斷開(kāi)，這樣，在電源失效時(shí)就不會(huì)存在泄漏電流， 6 一 自光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì) 而且在p w m 調(diào)光循環(huán)之間輸出電容器都是充滿的。實(shí)施負(fù)載斷開(kāi)電路時(shí)最好在 l e d 和電流傳感電阻器之間放置一個(gè)m o s f e t 。在電流傳感電阻器和接地之間放 置m o s f e t 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加壓降，其在輸出電流設(shè)定點(diǎn)會(huì)把自身顯示為一個(gè)差錯(cuò)。 6 小尺寸 小尺寸是攜帶型電路的一個(gè)重要特性。電路組件的尺寸受多種因素的影響。 其中一個(gè)因素是切換頻率。高切換頻率允許采用小型無(wú)源組件。用于便攜應(yīng)用的 現(xiàn)代l e d 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)能夠以高達(dá)1 m h z 頻率切換。由于切換頻率并不能明顯縮小電 路尺寸，而且較高的切換損耗會(huì)降低效率和縮短電池壽命，所以建議切換頻率一 般不超過(guò)1 m h z 。把各種功能集成到控制i c 是實(shí)現(xiàn)小型驅(qū)動(dòng)解決方案的一個(gè)最重 要的因素。如果上述所有功能都通過(guò)分離的組件實(shí)現(xiàn)的話，它們所需要的電路板 空間將超出電源自身占用的空間。把它們集成到控制i c 可大大縮小整體驅(qū)動(dòng)器尺 寸。功能集成的第二個(gè)同樣重要優(yōu)勢(shì)是可以降低解決方案總成本。如果分步執(zhí)行 的話，l e d 驅(qū)動(dòng)器中所有預(yù)期功能會(huì)導(dǎo)致每額外個(gè)別成本增加0 6 0 0 7 0 美元。 而當(dāng)集成到控制i c 時(shí)，這些功能只會(huì)增加i c 成本0 1 0 , - 一0 1 5 美元。 1 3恒定電流驅(qū)動(dòng)的理由 白光l e d 使用恒定電流驅(qū)動(dòng)的理由主要兩項(xiàng)： 1 白光l e d 的光度是以正向電流規(guī)范 白光l e d 的正向電壓通常被規(guī)范成( 2 0 m a 時(shí)，最小為3 0 v ，最大為4 0 v ) ，換 言之若單純施加一定的正向電壓時(shí)，正向電流會(huì)作大范圍的變化。由于白光l e d 的光度與色度是以定電流方式量測(cè)，為獲得預(yù)期的亮度與色度，所以通常是用定 電流驅(qū)動(dòng)。 2 避免正向電流超越容許電流值 有關(guān)白光l e d 的可靠性，基本上就是需設(shè)法避免正向電流超過(guò)白光l e d 的最大設(shè) 計(jì)值。如圖1 3 所示白光l e d 的定格最大正向電流為3 0 m a ，隨著周圍溫度的上 升，容許正向電流則持續(xù)衰減，如果周圍溫度為5 0 的話，通常正向電流就不能 超過(guò)2 0 m a 。此外利用定電壓的驅(qū)動(dòng)方式不易控制流入l e d 的電流值，因此無(wú)法 維持l e d 的可靠性。 第一章緒論 圖1 - 3 ，白光l e d 的絕對(duì)最大正向電流 m a 】設(shè)計(jì)值與周圍溫度互動(dòng)關(guān)系 1 4 全文簡(jiǎn)要介紹 7 - 本章主要介紹了白光l e d 的好處，以及其前景和現(xiàn)在的普及情況，并在后面 的介紹中說(shuō)明了使用恒流驅(qū)動(dòng)自光l e d 的原因。 第二章為電路工作原理與整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)合具體電路要求，設(shè)計(jì)了滿足電 路技術(shù)指標(biāo)的整體框架圖，并詳述其工作機(jī)理。 第三章中，對(duì)整體電路及各子模塊電路進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原理分析、功能仿 真及量化仿真。針對(duì)仿真結(jié)果，結(jié)合電路設(shè)計(jì)具體要求進(jìn)行分析。 第四章介紹了電流模式控制器中比較常見(jiàn)的問(wèn)題一諧波振蕩及其解決方法。 詳細(xì)闡述了斜率補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?，及在具體電路一本電路的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。 第五章闡述了如何實(shí)現(xiàn)電路的系統(tǒng)穩(wěn)定方法。其中介紹了電路穩(wěn)定的條件， 如何設(shè)計(jì)誤差放大器以使電路穩(wěn)定；最后應(yīng)用電路仿真軟件進(jìn)行整體電路的仿真 分析，使各子模塊電路與整體電路的電特性參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 第六章根據(jù)工藝線上版圖設(shè)計(jì)規(guī)則，按照合理的布局完成對(duì)版圖的設(shè)計(jì)，并 做了相關(guān)的d r c 和l v s 等版圖驗(yàn)證。 綜上所述，本文主要設(shè)計(jì)了一個(gè)專為以恒定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)白光l e d 而設(shè)計(jì)的升 壓型d c d c 變換器。該器件能利用一節(jié)鋰電池來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)到七個(gè)串聯(lián)的l e d 。采用 l e d 串聯(lián)連接的方法可以提供相等的l e d 電流，從而能獲得均勻的亮度而無(wú)需鎮(zhèn)流 電阻器。其中i c 的開(kāi)關(guān)頻率為1 2 m n z ，因而允許采用小巧的外部組件。由于可使 用數(shù)值為0 2 2 | lf 的輸出電容器，因此，與其它的解決方案相比，外圍組件在占 用p c b 空間和成本上均有所節(jié)省。9 5 m v 反饋電壓最大限度地降低了電流調(diào)節(jié)電阻 器的功耗，從而提高了效率。為保證電路的正常工作，還設(shè)計(jì)了相關(guān)的過(guò)壓，過(guò) 沖以及過(guò)流保護(hù)等電路。應(yīng)用h s p i c e 仿真軟件對(duì)整體及各子模塊進(jìn)行功能和量化 自光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì) 仿真。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)中作者本人的主要工作為：整體電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、子模 塊電路的設(shè)計(jì)及后期的測(cè)試，d e b u g 等。 第二章d c d c 變換 第二章d c d c 變換 2 1 基本的d c d c 變換 9 便攜式產(chǎn)品的電源芯片一般為d c d c 變換器，根據(jù)不同的工作原理，可以將 其分為以下三類： ( 1 ) 線性穩(wěn)壓電源( 三端穩(wěn)壓器、l d o 、v l d o 等) ( 2 ) 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源( 升壓變換器b o o s t 、降壓變換器b u c k 、降壓升壓變換 器b u c k - b o o s t ) ( 3 ) 電荷泵電源 他們的性能如下表所示： 表2 - i 電源芯片的性能比較 淤 線性穩(wěn)壓電源開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電荷泵電源 性能 電磁干擾( 噪聲)小大 中 效率低大中 功耗 小 大 中 價(jià)格便宜較貴中等 封裝 一般較大一般較小中等 輸出電流較小較大較小 其中開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源由于其封裝較小，輸出電流大，而贏得廣大客戶的青睞。 下面著重介紹開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。 2 1 1 降壓變換器b u c k 薩每：亍1 _ l：兩 l 亍y o； 圖2 1 ，典型b u c k 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器的一般結(jié)構(gòu) 1 0 白光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì) i q 0 m 0 兒 0 廠廠 t 圖2 - 2 ，典型b u c k 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器的電流波形 圖2 1 為典型b u c k 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器的一般結(jié)構(gòu)。 開(kāi)關(guān)組件q 1 的開(kāi)和關(guān)由方波驅(qū)動(dòng)電路給出的開(kāi)關(guān)率可調(diào)( 占空比控制) 的信 號(hào)來(lái)控制。 q l 導(dǎo)通時(shí)，a 點(diǎn)的電壓將上升到電源電壓。穩(wěn)態(tài)條件下，v i v o 的正向電 壓加在串聯(lián)電感線圈l l 上，q 1 導(dǎo)通期間該電感線圈中的電流線性增長(zhǎng)。電流波 形如圖2 2 所示。 q 1 關(guān)斷時(shí)，電感線圈試圖維持正向電流恒定，a 點(diǎn)的電壓快速變負(fù)( 通過(guò)正 常的反激作用) ，直n - 極管d l 導(dǎo)通。l 1 中的電流繼續(xù)按原方向繞著二極管回路 流動(dòng)?？墒怯捎陔姼芯€圈l 1 兩端的電壓已經(jīng)反向( v o 加上二極管反向壓降) ，在 關(guān)斷期間l 1 中的電流將線性減小到原來(lái)值。 為維持穩(wěn)態(tài)條件，正向時(shí)( q 1 導(dǎo)通時(shí)) 加到電感線圈的輸入伏秒必須等于反 向時(shí)( q 1 關(guān)斷時(shí)) 所加的輸出伏秒。因此輸出電壓由輸入電壓和導(dǎo)通與關(guān)斷的比 率來(lái)確定。 經(jīng)驗(yàn)證，q 1 導(dǎo)通時(shí)，加在l l 上的伏秒是 ( f i v o ) 宰 ( 2 - 1 ) q 1 關(guān)斷時(shí)，二極管導(dǎo)通，加在l l 上的伏秒是 f o ( 2 2 ) 因此為滿足l 1 上的伏秒相等( 忽略損耗) ( 玎一v o ) = f o 宰 ( 2 - 3 ) 所以f o = f i * ( 二鯉_ )( 2 - 4 ) 、+ 第二章d c d c 變換 式中v i 為輸入電壓，v o 為輸出電壓，t o n 為q 1 導(dǎo)通時(shí)間，t o f fq 1 關(guān)斷時(shí)間。 其比率瓦i 笛磊定義為占空比。，于孳前面6 1 勺等式可簡(jiǎn)寫成 vo=玎d(2-5) 由于d 不能大于l ，從上面的等式可以清楚的看到，在b u c k 調(diào)整器中，輸出電壓 必須總是小于所加的輸入電壓。 由于l 1 和d 1 上的功率損耗非常小，并且q 1 工作于低損耗的飽和導(dǎo)通狀態(tài)或 高阻的關(guān)斷狀態(tài)，故該d c 交換器的效率特別高。 2 1 2 升壓變換器b o o s t 圖2 3 ，典型b o o s t 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器的一般結(jié)構(gòu) 0 m 0 1 i 0 r。r t 、! 圖2 _ 4 ，典型b o o s t 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器的電流波形 圖2 3 為典型b o o s t 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器的一般結(jié)構(gòu)。工作原理如下： q 1 導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加在串聯(lián)電感線圈l 1 上。穩(wěn)態(tài)條件下，l 1 中的電流正 1 2 白光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì) 向線性增長(zhǎng)。整流二極管d l 反向偏置且不導(dǎo)通。同時(shí)( 穩(wěn)態(tài)條件下) ，電流從輸 出電容器c l 流向負(fù)載。因此c l 放電。電流波形如圖2 - 4 所示。 q 1 關(guān)斷時(shí)，l 1 中的電流繼續(xù)同方向流動(dòng)并使a 點(diǎn)電壓為正。當(dāng)a 點(diǎn)電壓超 過(guò)電容器c l 上的輸出電壓時(shí)，整流二極管d 1 將導(dǎo)通，電感線圈中的電流傳遞到 輸出電容器和負(fù)載。由于輸出電壓超過(guò)電源電壓，在q l 關(guān)斷期間，l 1 將反向偏 置，l 1 中的電流將向著它原來(lái)的值線性減小。 b o o s t 調(diào)整器的優(yōu)點(diǎn)，輸入電流是連續(xù)的( 雖然此處將有取決于電感l(wèi) 1 的值 的紋波成份) ，因此需要較小的輸入濾波，消除了由輸入濾波器引起的不穩(wěn)定因素。 為維持穩(wěn)態(tài)條件，加到l 1 兩端的正向和反向伏秒必須相等。輸出電壓v o 由 功率開(kāi)關(guān)的占空比和輸入電壓來(lái)控制。 經(jīng)驗(yàn)證( 滿足l 1 上的伏秒相等) ， 玎= ( v o 一玎) 掌 ( 2 6 ) 所以g o = 玎( 地半) ( 2 - 7 ) 1 0 f f 但是 警= 擊= 萬(wàn)1 ( 2 - 8 )lo即lo 。 因此陽(yáng)：旦 ( 2 9 ) d 從該方程式可以看出輸出電壓與負(fù)載電流無(wú)關(guān)( 忽略損耗) 。通常l 1 值的選擇是 要保證臨界電流低于所需要的最小負(fù)載電流。同時(shí)，l 1 在最大負(fù)載和最大導(dǎo)通時(shí) 間時(shí)不能飽和。 2 1 3 其它類型變換器 b u c k - b o o s t 電路，是將b u c k 電路和b o o s t 電路組合而成的，這里就不再介 紹。而其它類型的電路，也是這三種基本電路的衍生。 2 2開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本控制方式 2 2 1 基本控制方式 1 脈寬調(diào)制方式，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制( p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n ，縮寫為p w m ) 。其 特點(diǎn)是固定開(kāi)關(guān)頻率，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)占空比。因開(kāi)關(guān)周期也是固定的， 這就為設(shè)計(jì)濾波電路提供了方便。其特點(diǎn)是受功率開(kāi)關(guān)最小導(dǎo)通時(shí)間的限制，對(duì) 輸出電源不能做寬范圍的調(diào)節(jié)；另外輸出端一般要接假負(fù)載，以防止空載時(shí)輸出高 第二章d c d c 變換 1 3 電壓。目前，集成開(kāi)關(guān)電源大多采用p w m 方式。 2 脈沖頻率調(diào)制方式，簡(jiǎn)稱脈頻調(diào)制( p u l s ef r o q u c n c ym o d u l a t i o n ，縮寫為 p 蹦) 。它是將脈沖寬度固定，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率來(lái)調(diào)節(jié)占空比的。在電路設(shè)計(jì)上 要用固定脈寬發(fā)生器來(lái)代替脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓頻率轉(zhuǎn)換 器( 例如壓控振蕩器v c o ) 改變頻率。其穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓升高時(shí)， 控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變而周期變長(zhǎng)，使占空比減小，降低。p f m 式開(kāi) 關(guān)電源的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很寬，輸出端可不接假負(fù)載。 3 混合調(diào)制方式，指脈沖寬度與脈沖頻率均不固定，彼此都能改變的方式， 它屬于p w m 和p f m 的混合方式。由于t o n 和t 均可調(diào)節(jié)，因此占空比調(diào)節(jié)范圍 最寬，適合供實(shí)驗(yàn)室使用的輸出電壓可以寬度范圍調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)電源。 2 2 2p w m 的基本控制原理及應(yīng)用 在各種控制電路中，功率開(kāi)關(guān)器件是控制的核心，p w m 是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo) 通時(shí)間，以得到幅值相等，而寬度不等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需 波形。而且通過(guò)對(duì)脈沖寬度的調(diào)制，可以改變輸出電路的電壓大小，也可改變輸 出頻率。 p w m 控制變換電路幾乎可以應(yīng)用于所有的逆變主電路的拓?fù)湫问?，如推?式、半橋式、全橋式、b u c k 、b o o s t 、b u c k - b o o s t 、隔離式、非隔離式等等。 p w m 控制芯片的簡(jiǎn)單原理可表示為圖2 5 中的原理及波形： 隊(duì) 豢童曩 i l il l i l llili 慧震囂r 門l 廠廣u 一廠廣山 戢nl 幾：幾： 曩攫 ili 1li1ii i廣 !n !r a b 圖2 5 ：p w m 集成控制器的原理及波形 此結(jié)構(gòu)分為信號(hào)采集( i ) 、脈寬調(diào)制( i i ) 、和輸出驅(qū)動(dòng)( i i i ) 三個(gè)部分。 1 4 白光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì) 在信號(hào)采集部分，通過(guò)對(duì)電壓或電流信號(hào)的探測(cè)取樣，再與基準(zhǔn)信號(hào)比較，將比 較結(jié)果輸出。在脈寬調(diào)制部分，首先在芯片內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的三角波( 或 鋸齒波) ，一路直接送到觸發(fā)器形成方波，另一路與信號(hào)采集過(guò)來(lái)的信號(hào)相互比較， 以取代所需的正確脈沖寬度送到輸出級(jí)。最后輸出驅(qū)動(dòng)可以將正確的脈沖寬度與 觸發(fā)器的輸出信號(hào)相乘，分別獲得正相和反相輸出。同時(shí)在集成控制芯片的內(nèi)部 還設(shè)計(jì)有完善的過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)溫等保護(hù)電路。 2 3開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作模式 0 0 圖2 - 6 工作在連續(xù)模式的電感電流波形圖2 - 7 工作在非連續(xù)模式的電感電流波形 穩(wěn)壓電源根據(jù)其電感電流的連續(xù)性可分為非連續(xù)工作模式d c m 和連續(xù)工作模 式c c m 。 由2 1 節(jié)的介紹我們可以知道，電感若處在臨界狀態(tài)以上，其電流是連續(xù)的， 故稱為連續(xù)工作模式；若處在臨界狀態(tài)以下，其電流是非連續(xù)的，故稱為非連續(xù) 工作模式，如圖2 6 ，2 7 所示。 2 4開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的饋電模式 2 4 1電流模式拓?fù)浜碗妷耗Ｊ酵負(fù)?電流模式拓?fù)溆袃蓚€(gè)反饋環(huán)，一個(gè)是檢測(cè)輸出電壓的電壓外環(huán)，一個(gè)是檢測(cè) 開(kāi)關(guān)管電流且具有逐周期限流功能的電流內(nèi)環(huán)。這種方式可以解決推挽電路的偏 磁問(wèn)題，因而它得到了更廣泛的應(yīng)用。此外，由于開(kāi)關(guān)管的電流波形峰值恒定， 也簡(jiǎn)化了反饋環(huán)路的設(shè)計(jì)。 而電壓型拓?fù)涞妮敵鲭妷憾际潜粏为?dú)檢測(cè)和直接控制的。在這些電路中，對(duì) 負(fù)載電流變化的調(diào)整過(guò)程是：電流變化引起輸出電壓的微小變化，而誤差放大器 會(huì)檢測(cè)這些變化并且調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間以保持輸出電壓恒定，但電壓型拓?fù)?并不直接檢測(cè)輸出電流。 第二章d c d c 變換 2 4 2電壓饋電拓?fù)浜碗娏黟侂娡負(fù)?1 5 電壓饋電拓?fù)涫侵甘褂脙?nèi)阻很小的電壓源向拓?fù)涔╇?。在開(kāi)關(guān)管不正常或其 它器件不正常的情況下，該類輸入電源是無(wú)法限制電流的。 電流饋電拓?fù)浣?jīng)過(guò)一個(gè)輸入電感來(lái)注入能量。電路的輸入是一個(gè)高內(nèi)阻的電 流源( 輸入電感) ，而不是低內(nèi)阻的整流濾波電容或電池。這種通過(guò)輸入電感形成 的高內(nèi)阻電流源可有效解決推挽變換器的偏磁問(wèn)題。 2 5小結(jié) 本章簡(jiǎn)要概述了基本的d c d c 變換器以及詳細(xì)敘述了開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的升壓 變換器b o o s t 、降壓變換器b u c k ；然后介紹了開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基本控制方式， 敘述了p w m 控制方式的控制原理，以及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作模式和饋電模式，讓 我們對(duì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源有一個(gè)大體的了解。 第三章功能模塊的設(shè)計(jì) 第三章功能模塊的設(shè)計(jì) 3 1電路的整體設(shè)計(jì)基本要求 1 7 本電路是專為以恒定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)白光l e d 而設(shè)計(jì)的升壓型d c d c 變換器。該 器件能利用一節(jié)鋰電池來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)到七個(gè)串聯(lián)的l e d 。采用l e d 串聯(lián)連接的方法可 以提供相等的l e d 電流，從而能獲得均勻的亮度而無(wú)需鎮(zhèn)流電阻器。 電路采用p 咖控制方式，其開(kāi)關(guān)頻率為1 2 m h z ，因而允許采用小巧的外部組 件。由于可使用數(shù)值為0 2 2uf 的輸出電容器，因此，與其它的解決方案相比， 外圍組件在占用p c b 空間和成本上均有所節(jié)省。 電路的輸入電壓為2 5 v 5 5 v ，最大占空比高達(dá)9 0 ，可以驅(qū)動(dòng)1 0 顆w l e d 串聯(lián)( 3 3 v ) 。電路工作電壓饋電拓?fù)渲械碾娏髂Ｊ剑潆姼须娏鞴ぷ髟谶B續(xù)狀態(tài)。 9 5 m v 反饋電壓最大限度地降低了電流調(diào)節(jié)電阻器的功耗，從而提高了效率， 其工作效率高達(dá)8 5 以上。 3 2電路的典型應(yīng)用 圖3 - i ，電路的典型應(yīng)用 電路中l(wèi) e d 的電流是受反饋電阻r 1 的大小決定的，其具體算法如下公式： r 1 = 9 5 m v i l e d( 3 1 ) 表i - i ，典型l e d 的電流與反饋電阻對(duì)應(yīng)圖 i l e d ( m a )r 1 ( q ) 51 9 0 1 09 5 0 1 27 9 1 1 56 3 3 2 04 7 5 白光l e d 驅(qū)動(dòng)集成電路設(shè)計(jì) 3 3模塊結(jié)構(gòu) 結(jié)合電路的設(shè)計(jì)要求，采用p w m 控制的升壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。于是電路主要 由以下幾部分組成：使能控制，基準(zhǔn)參考源，振蕩器，斜波產(chǎn)生器，誤差放大器， p w m 比較器，過(guò)壓過(guò)流過(guò)沖保護(hù)模塊，以及最后的驅(qū)動(dòng)模塊。 其整體結(jié)構(gòu)圖如圖3 - 2 所示： 圖3 2 ，電路整體結(jié)構(gòu)圖 該電源管理芯片采用s o t 2 3 6 封裝，有6 個(gè)外部引腳，分別是t 輸入電源電 壓引腳v i n ，使能控制引腳s h d n ，過(guò)壓保護(hù)引腳o v p ，電壓反饋引腳f b ，功率 管輸出引腳s w 和地引腳g n d 。通過(guò)這幾個(gè)引腳把i c 接入電路中，便可以實(shí)現(xiàn)電 路對(duì)輸出w l e d 上的電流的控制。 3 4 模塊簡(jiǎn)述 1 基準(zhǔn)參考源( r e f e 砒烈c eb l o c k ) 基準(zhǔn)參考源模塊用于產(chǎn)生參考電壓9 5 m v 、1 2 7 m v 、1 1 8 v ，這些電壓是隨溫 度、電源電壓變化很小的電壓，用于其它模塊作為參考。同時(shí)基準(zhǔn)參考源模塊也 產(chǎn)生p t a t 電流作為其它模塊工作的偏置電流。 第三章功能模塊的設(shè)計(jì) 1 9 2 使能控制( s h d nb l o c k ) 使能控制模塊用于產(chǎn)生使能控制信號(hào)e n ，當(dāng)$ h d n 為低時(shí)，i c 關(guān)閉，不正 作，靜態(tài)消耗電流極低。當(dāng)s h d n 為高時(shí)，i c 正常工作。s h d n 內(nèi)置下拉電阻1 5 0 k ， 因此當(dāng)s h d n 懸空時(shí)，i c 處于關(guān)閉狀態(tài)。 3 振蕩器( o s cb l o c k ) 振蕩器模塊用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)c l k 及復(fù)位信號(hào)r e s e t ，信號(hào)振蕩頻率典型值 1 2 m h z ，c l k 藥d u t yc y c l e 略小于0 5 ，而r e s e t 信號(hào)的d u t yc y c l e 則力0 0 8 左右，可以使功率管的導(dǎo)通d u t yc y c l e 達(dá)到9 0 以上。 4 。斜波