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基于恒流架构的Boost型LED背光驱动芯片XD1430的设计

张桂英  
【摘要】:近年来,随着技术的不断发展,白光LED的功耗逐渐降低,亮度逐渐升高,成为LCD背光源驱动的主流背光源。本文结合白光LED的发光原理以及驱动特性,设计了一款基于恒流架构的Boost型6路白光LED背光驱动器,其可以作为大型LCD背光源驱动。单个白光LED的发光亮度有限,为支持大型LCD背光源应用需要多个白光LED的共同作用,并联支路太多导致输出电流过大,每一路串联个数太多导致输出电压过高,综合考虑这两方面的因素,论文中白光LED采用串并联结合的混合连接方式,最多并联通路为6路,最高串联个数可多达12个。而且由于白光LED正常工作时两端的电压比较高(3.4V左右),所以输出电压相对较高,本文输入电压的指标要求4.5V~28V,综合考虑设计要求,需要采用升压Boost转换器。本文首先介绍了Boost转换器的基本原理,为分析其交流特性,利用线性元件替换非线性的开关元件对其建模。然后对反馈控制方式峰值电流模进行了详细的阐述和探讨,为保证反馈环路稳定,考虑斜坡补偿的影响后对其进行精确的交流小信号建模,计算环路的传输函数。在LED电流驱动架构的选择上,考虑到流过白光LED的电流对其发光亮度的决定关系,以及恒压架构不容易对LED电流进行调节两方面的因素,本文选择恒流源的结构来驱动白光LED。利用峰值电流模升压型拓扑结构的反馈环路保证LED电流源正常工作以及稳定恒流源上的电压。LCD的背光源要求其驱动芯片可以自动调节发光亮度。本论文设计了模拟调光和PWM调光两种形式,使白光LED电流在0~60mA范围内可调。模拟调光是指LED电流跟随直流输入电平变化,主要应用于对噪声要求高、对发光质量要求不是很高的场合。PWM调光是指LED电流以PWM开关信号方式输出,占空比改变平均输出电流大小,主要应用于高亮度以及对噪声度要求不高的场合,这两种调光方式可以满足大多数LCD背光应用要求。为提高LED驱动电源的效率,LED电流不同时,反馈环路将恒流源的电压恒定为不同的值,电流低时,恒流源上的电压比较低,电流高时,恒流源上的电压比较高。在前三章对驱动芯片环路架构原理、稳定性以及白光LED恒流源架构的分析基础上,第四章详细设计了驱动芯片中的五个典型子电路模块,包括PWM调光信号产生电路、LED开路以及短路到地保护模块、误差放大器模块、最小反馈电压检测模块以及电感电流采样模块。在芯片整体功能分析以及子电路设计基础上,本芯片基于0.35μm BCD工艺,利用Hspice、Cadence等EDA仿真软件对子模块设计电路进行仿真验证,在仿真过程中,综合考虑电源、温度以及工艺对设计电路的影响,最后对整体应用电路也进行了功能仿真验证,仿真结果表明,电路的各项指标均能达到设计要求,同时可实现所需功能。


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