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提高升压型白光LED驱动芯片效率的关键技术研究

张彦科  
【摘要】:白光LED作为绿色环保节能的光源得到广泛的认可,目前已经广泛应用在手机、手持产品的LCD背光以及大功率照明方面。传统的LED驱动方案体积大,转换效率低,成本高,加上外部限流元件的损耗一般效率只有60%,使半导体照明节能的优势消失。高转换效率、低成本、高可靠性的驱动芯片才能有利于LED在照明和背光领域的普及与推广。 本文设计的高效率升压型白光LED驱动芯片,既可以应用在LCD背光领域,也可以应用在LED照明领域,应用范围广,而且应用时只需很小的外接电感即可,相对于其它驱动器电路无需外接稳压二极管,降低了应用成本和功耗。 首先系统地研究了白光LED芯片的驱动技术,根据课题的设计要求最终采用高效率升压DC DC转换器的拓扑结构,并对转换器的工作原理,损耗源进行了分析。芯片采用]电流模PWM调制方式,通过外部的串联LED形成电压负反馈的环路,通过采样电阻、电流检测模块组成电流负反馈环路,实现恒定的输出电压和电流。高效率与低功耗是有着密切联系的。这就要求在电路子模块设计时要把高效率与低的电路功耗统一起来,电路中的每个部分都考虑到电路功耗。对多输出的基准电压源、1M Hz固定频率的振荡器、温度迟滞保护、电流采样、动态斜坡补偿、39V过压保护、低导通电阻的高压LDMOS等关键子模块的基本原理和主要框架进行了分析,优化了电路结构,来提高整体电路的转换效率。 该芯片最终采用上华0.5μm BCD工艺完成芯片的设计,仿真采用cadence的spectre工具,芯片最终版图的面积为0.72mm×1.35mm。目前芯片已经成功流片,经过对芯片进行了整体测试,输入电压为2.8-5.5V,输出电压最高可达38V,其驱动电流可由外接电阻从15mA-300mA任意调整,符合设计目标,整体转换效率可达到94%以上。


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