本文關(guān)鍵詞：基于可控硅控制的寬調(diào)節(jié)范圍兩段式調(diào)光AC-DC LED驅(qū)動芯片的設(shè)計

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【摘要】：隨著能源危機及霧霾等環(huán)境保護問題的日益惡化,LED照明產(chǎn)品以其節(jié)能環(huán)保,長壽命,高效率等優(yōu)點在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。LED驅(qū)動芯片作為LED照明驅(qū)動電路的核心部件,隨著LED市場的不斷擴大,亟需不斷地創(chuàng)新和發(fā)展。可控硅調(diào)光產(chǎn)品以其節(jié)省能源,亮度可調(diào),成本低,體積小等優(yōu)勢占據(jù)了主流調(diào)光市場。由于LED為非線性負載,且可控硅器一般對純阻性負載進行調(diào)光,故需對其進行功率因數(shù)校正,使系統(tǒng)滿足純負載特性以兼容可控硅調(diào)光,同時減小對電網(wǎng)的諧波污染。另外,由于可控硅調(diào)光器導通角有限,限制了LED負載亮度的調(diào)節(jié)范圍,因此,如何設(shè)計出具有寬調(diào)節(jié)范圍的可控硅調(diào)光LED驅(qū)動芯片是科研工作者研究的重要方向。針對可控硅調(diào)光器導通角受限,限制LED亮度調(diào)節(jié)范圍的問題,本文設(shè)計的LED驅(qū)動芯片,在功率因數(shù)校正及恒流控制的基礎(chǔ)上,對調(diào)光控制電路進行改進和優(yōu)化,使得系統(tǒng)具有寬調(diào)節(jié)范圍兩段式調(diào)光的特性。通過引入導通角補償技術(shù),使得當可控硅調(diào)光器調(diào)至最大導通角時,輸出電流能達到最大值,即額定電流；當可控硅調(diào)光器調(diào)至最小導通角時,輸出電流達到最小電流零,從而使輸出電流具有較寬的調(diào)節(jié)范圍。針對人眼對大電流LED發(fā)光時亮度變化不明感,而對小電流LED發(fā)光時亮度變化敏感的特性,對電路進行優(yōu)化,設(shè)計出兩段式調(diào)光曲線,即,當輸出電流較大時,對輸出電流進行快速調(diào)節(jié)；當輸出電流較小時,對輸出電流進行慢速調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)在整個可控硅調(diào)光器調(diào)節(jié)范圍內(nèi),人眼感受到的LED亮度變化均勻。通過對快速調(diào)光曲線l1,慢速調(diào)光曲線l2進行分析及公式變換,結(jié)合導通角補償電路,下拉電流控制電路,調(diào)光曲線切換電路等,將設(shè)計曲線的參數(shù)與電路參數(shù)相對應(yīng),設(shè)計出完整的可控硅調(diào)光SIMPLIS系統(tǒng)電路模型。對所設(shè)計的系統(tǒng)電路進行仿真,驗證本設(shè)計思想的正確性,并根據(jù)系統(tǒng)模型設(shè)計出完整的Cadence電路。本文設(shè)計的控制芯片采用TSMC 0.35μm 5V/650V CMOS/LDMOS工藝進行流片,并且通過21V/500mA的電路原型進行測試驗證,測試結(jié)果表明：在輸入90V/60Hz～132V/60Hz的范圍內(nèi),線性調(diào)整率為2.6%,功率因數(shù)為99.5%,效率為76%。且調(diào)光模式下,最大電流為516mA,與額定電流510mA保持一致,最小電流約為零,最小電流與最大電流之比小于1%。因此,本文設(shè)計的控制芯片在可控硅控制的LED調(diào)光驅(qū)動器中具有很好的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：LED驅(qū)動芯片 功率因數(shù)校正 恒流輸出 可控硅調(diào)光 寬調(diào)節(jié)范圍 兩段式調(diào)光
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN402;TM923.34
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 研究背景與意義8
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-10
• 1.3 研究內(nèi)容與設(shè)計指標10-11
• 1.3.1 研究內(nèi)容10-11
• 1.3.2 設(shè)計指標11
• 1.4 論文組織11-14
• 第二章 可控硅調(diào)光LED驅(qū)動芯片概述14-24
• 2.1 LED的基本特性14
• 2.2 LED驅(qū)動芯片中基本功率因數(shù)校正方式14-17
• 2.2.1 基于模擬乘法器控制15-16
• 2.2.2 基于固定導通時間控制16-17
• 2.3 LED可調(diào)光電源的基本調(diào)光方式17-21
• 2.3.1 模擬調(diào)光18
• 2.3.2 PWM調(diào)光18-19
• 2.3.3 可控硅調(diào)光19-21
• 2.4 基于可控硅調(diào)光LED驅(qū)動電源的基本調(diào)光原理21-23
• 2.4.1 基于輸入功率控制調(diào)光原理21-22
• 2.4.2 基于下拉電流控制調(diào)光原理22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 第三章 寬調(diào)節(jié)范圍兩段式調(diào)光的LED驅(qū)動系統(tǒng)的分析與建模24-50
• 3.1 寬調(diào)節(jié)范圍調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計要求及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)24-26
• 3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計考慮及設(shè)計要求24-25
• 3.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)25-26
• 3.2 寬調(diào)節(jié)范圍調(diào)光系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊原理與分析26-32
• 3.2.1 PFC恒流基礎(chǔ)電路26-29
• 3.2.2 導通角檢測電路29-30
• 3.2.3 導通角補償電路30-31
• 3.2.4 調(diào)光下拉電流控制電路31-32
• 3.3 寬調(diào)節(jié)范圍調(diào)光系統(tǒng)的SIMPLIS建模及仿真32-36
• 3.3.1 系統(tǒng)建模軟件SLMPLIS概述32
• 3.3.2 基于SIMPLIS的系統(tǒng)建模32-34
• 3.3.3 基于SIMPLIS的系統(tǒng)仿真34-36
• 3.4 寬調(diào)節(jié)范圍兩段式調(diào)光的設(shè)計優(yōu)化36-43
• 3.4.1 兩段式調(diào)光設(shè)計改進36-38
• 3.4.2 調(diào)光曲線l_1的設(shè)計及實現(xiàn)原理38-39
• 3.4.3 調(diào)光曲線l_2的設(shè)計及實現(xiàn)原理39-40
• 3.4.4 調(diào)光曲線切換電路設(shè)計及實現(xiàn)原理40-43
• 3.5 寬調(diào)節(jié)范圍兩段式調(diào)光的系統(tǒng)建模及仿真43-48
• 3.5.1 基于SIMPLIS的系統(tǒng)電路模型43-44
• 3.5.2 基于SIMPLIS的仿真44-48
• 3.6 本章小結(jié)48-50
• 第四章 芯片電路設(shè)計與仿真分析50-66
• 4.1 輸出電流估算電路50-52
• 4.1.1 電路功能50
• 4.1.2 電路設(shè)計原理與實現(xiàn)50-51
• 4.1.3 電路仿真分析51-52
• 4.2 PFC邏輯控制電路52-54
• 4.2.1 電路功能52
• 4.2.2 電路設(shè)計原理與實現(xiàn)52-53
• 4.2.3 電路仿真分析53-54
• 4.3 導通角運算電路設(shè)計54-59
• 4.3.1 電路功能54
• 4.3.2 電路設(shè)計原理與實現(xiàn)54-56
• 4.3.3 電路仿真分析56-59
• 4.4 I_(OUT)控制電路&下拉電流控制電路59-62
• 4.4.1 電路功能59
• 4.4.2 電路設(shè)計原理與實現(xiàn)59-60
• 4.4.3 電路仿真分析60-62
• 4.5 整體可調(diào)光LED驅(qū)動芯片的設(shè)計與仿真分析62-65
• 4.5.1 整體可調(diào)光LED驅(qū)動芯片的電路設(shè)計62-63
• 4.5.2 整體可調(diào)光LED驅(qū)動芯片的系統(tǒng)仿真及分析63-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第五章 芯片版圖設(shè)計與測試驗證66-86
• 5.1 芯片版圖設(shè)計及后仿真66-70
• 5.1.1 版圖設(shè)計注意事項66-67
• 5.1.2 版圖設(shè)計與布局布線67-69
• 5.1.3 系統(tǒng)后仿真69-70
• 5.2 系統(tǒng)測試電路設(shè)計70-72
• 5.3 系統(tǒng)測試與分析72-85
• 5.3.1 系統(tǒng)的啟動時間保持時間72-73
• 5.3.2 系統(tǒng)的靜態(tài)功耗測試73
• 5.3.3 系統(tǒng)典型工作波形73-74
• 5.3.4 系統(tǒng)功率因數(shù)測試74-76
• 5.3.5 系統(tǒng)的線性調(diào)整率76-77
• 5.3.6 系統(tǒng)的負載調(diào)整率77-78
• 5.3.7 系統(tǒng)的效率78-80
• 5.3.8 系統(tǒng)調(diào)光曲線的測試80-84
• 5.3.9 測試結(jié)果對比分析84-85
• 5.4 本章小結(jié)85-86
• 第六章 總結(jié)與展望86-88
• 6.1 總結(jié)86
• 6.2 展望86-88
• 致謝88-90
• 參考文獻90-94
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文94

【參考文獻】

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本文編號：915810