基于多相boost结构的大功率LED驱动芯片的设计

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LED照明作为一种绿色照明,因其具有高能效、高寿命、低污染等优点,正在被广泛地应用于显示、背光、照明等领域。为了保证LED能可靠工作并满足不同应用的要求,需要使用以LED驱动芯片为核心的驱动器。因此设计一个高效率、高性价比、小尺寸的LED驱动芯片是LED广泛应用的基础。目前在中高功率白光LED驱动应用中,多采用效率较高的开关调整器驱动和PWM调光模式,但同时这也会引入一些问题,如输出电流纹波较大、对转换器瞬态响应要求较高等。针对上述问题,本文设计了一款基于多相boost转换器的白光LED驱动芯片,该结构能有效降低输出电流纹波,并有较快的瞬态响应。该芯片支持三相boost转换器,并为它们提供彼此相位差120°的驱动信号,以减小输出电流纹波。同时芯片还包含一个调光信号前馈控制,以提高PWM调光时系统的瞬态响应。除此之外芯片还支持6路LED并联并提供PWM调光功能。该芯片可用作大型显示器的背光源或者汽车前灯照明。芯片主要包括三大部分:boost控制环路、电流平衡电路和调光电路。芯片内部包括一个高频的振荡器,其为boost控制环路和电流平衡电路提供工作频率。除此之外,芯片还有最小开启时间限制,以避免二极管反向恢复时间期间产生的电流尖峰对系统产生误翻转;还有一系列保护措施,如过流/过压保护、软启动保护等。论文首先讲解了多相boost转换器的基本原理,并从多个角度对boost转换器系统进行了设计,如系统的稳定性、系统的瞬态响应、系统的保护措施以及boost转换器中电感、电容的选择。随后着重分析了芯片几个模块的实现原理,并对实现原理进行了理论推导,然后通过仿真对结果进行了验证。其中涉及的模块包括基准、电压调节器、振荡器和三相时钟控制电路模块。最后,在Hspice中对电路进行了整体仿真,并对总仿结果进行分析。通过整体仿真,发现采用三相boost转换器后,输出电流纹波大大减小,同时电流纹波频率增加为单相的三倍;采用前馈控制后,系统的瞬态响应得到明显提高。
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