【摘 要】
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发光二极管（Light Emitting Diode,LED）作为一种新兴的照明光源,具有体积小、发光效率高、寿命长、安全环保等优点,正在世界范围内逐步取代传统照明光源。LED的电学特性与传统光源相比具有很大的不同,它不能用交流电（AC）来直接供电。因此,需要使用LED驱动电源来连接交流电与LED,并提供有效的能量传递。为了充分发挥LED光源的优势,LED驱动电源需要满足成本低、寿命长、效率高等要
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发光二极管（Light Emitting Diode,LED）作为一种新兴的照明光源,具有体积小、发光效率高、寿命长、安全环保等优点,正在世界范围内逐步取代传统照明光源。LED的电学特性与传统光源相比具有很大的不同,它不能用交流电（AC）来直接供电。因此,需要使用LED驱动电源来连接交流电与LED,并提供有效的能量传递。为了充分发挥LED光源的优势,LED驱动电源需要满足成本低、寿命长、效率高等要求。在各种类型的LED驱动电源中,交流直连LED驱动电源凭借其外围电路简单,不需要使用电解电容,没有很大的开关损耗等特性脱颖而出,成为最有前途的解决方案。但进一步研究发现,单相交流电驱动的交流直连LED驱动电源仍然存在一些问题,例如频闪明显以及输出功率较低等。因此,在保持其原有优点的基础上,设计一款高输出功率低频闪的交流直连LED驱动电源具有重要的意义。主要是对驱动电源的主体部分—交流直连LED驱动IC（Integrated Circuit,集成电路）进行设计。基于驱动IC中低压器件工作电压的考虑（低压器件的工作电压越高,相同芯片面积下驱动IC的输出功率一般也就越高）,本文的工作主要可以分为以下两部分:第一部分为根据国外已有的某款100240 V单相驱动的交流直连LED驱动IC（包含500 V高压器件以及15 V低压器件）,在国内开发出一套适合其生产加工的Bipolar-CMOS-DMOS（BCD）新工艺,以填补空白;第二部分为基于国内已有的700 V BCD工艺（包含700 V高压器件以及5 V低压器件）,重新设计交流直连LED驱动IC,并将其拓展到380 V三相应用领域,以克服单相工作模式下频闪明显以及输出功率较低的固有缺陷。本文的工作与创新点如下:1.为国外已有的某款100240 V单相驱动的交流直连LED驱动IC开发了一套能够实现500 V高压器件以及15 V低压器件的1μm、1P2M（1层多晶硅,2层金属）的BCD工艺,共有14块掩膜版。编制了与其配套的DRC（Design Rule Check,设计规则检查）、EXT（Extraction,版图参数提取）以及LVS（Layout Versus Schematic,版图和电路图一致性检查）文件,并通过了仿真验证,填补了国内空白。2.针对高压NLDMOS器件与高压NJFET器件因工艺兼容性导致的NJFET器件电流能力不足的问题,在不增加掩膜版层次的情况下,对NJFET的结构进行了特殊设计,使其能够满足交流直连LED驱动IC对该器件的需求。仿真结果表明,常规结构的NJFET器件在栅极电压为0 V,源极电压为15 V的应用场合下,近乎处于夹断状态,而提出的NJFET结构能够提供3.55×10-5A/μm的电流能力,使得芯片能够正常工作。3.基于国内已有的1μm、1P1M、700 V BCD工艺（包含700 V高压器件以及5 V低压器件）,提出并设计实现了一款应用于380 V三相领域的高输出功率低频闪的交流直连LED驱动电源,并分析了所提出的驱动电源中LED灯串导通电压分配方案不同对频闪百分数降低带来的影响,给出了较优的分配方案。测试结果表明,所提出的交流直连LED驱动电源的输出功率可达72.3W,输出功率的频率由单相时的100 Hz提升至300 Hz,频闪百分数由单相时的100%降低至12.77%。4.提出了一种总谐波失真调节电路,以提高交流直连LED驱动电源的功率因数。测试结果表明,所设计的总谐波失真调节电路可以将交流直连LED驱动电源的功率因数从最高0.945提升至0.993。5.针对功率补偿电路中因功率补偿过度而导致输出功率过低以及波动较大的问题,将负反馈原理引入功率补偿电路中。仿真结果表明,380 V AC下,输入电压波动±10%,未加负反馈时输出功率的波动范围为-6.24%8.57%;而加上负反馈后输出功率的波动范围缩窄至-2.3%0.7%（此处采用仿真结果的原因为:在电路设计的过程中,负反馈已经加入电路中,无法测量出加了功率补偿但不加负反馈时的功率）。
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