大功率LED驱动器的研究与设计

LED 自从 20 世纪 60 年代问世以来，发展到今天，魅力四射，它是一种新型的半
导体固态光源，具有高效、节能、环保、寿命长、应用灵活、控制方面等优点，属于
典型的绿色照明光源。随着城市建设和电子信息产业的高速发展，人们对光源的需求
与日俱增，LED 产品的开发、研究和生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业，发展
潜力空前巨大，已广泛应用在指示灯、交通信号灯、大型 LED 显示屏、LCD 背光、城
市夜景亮化等领越。近年来，在全球能源日趋紧张和全球气候变暖及环保压力日益加
大的情况下，使用 LED 半导体照明已被公认为是节能环保的一种重要途径，我国已成
为世界第一大照明电器生产国和主要出口国。伴随着对 LED 照明的急迫需求，LED 在
笔记本背光，液晶电视背光，汽车车灯上很快也会得到海量应用。LED 的非线性特性
决定了需要恒流驱动给它供电，一个好的驱动电源关系到整个系统的稳定可靠性。
本文针对 LED 的电学特性，研究设计了一款高恒流精度高效率电路结构简单的驱
动芯片。该电路采用 BUCK 拓扑结构，具有频率可调、驱动电流可调、可调光（模拟
调光和 PWM 调光）功能。合适驱动大功率 LED 灯串，电流驱动能力在 10mA～1.2A 可
调，恒流精度控制在±3%以内，输入电压范围在 4V～30V 内。合适输入电源为 5V，
12V，24V 的直流电源应用。
本文首先概述了国内外LED驱动器的研究现状和发展趋势然后讲述了LED的电学
特性并分析了LED驱动器的拓扑结构与控制方式，在此基础上设计了一款具有成本优
势结构简单的大功率LED驱动芯片，本驱动芯片的设计主要包括电压基准模块、振荡
器模块、峰值电流采样电路模块、PID补偿电路、驱动电路模块、逻辑电路模块、过
温保护模块等功能模块。依据设计经验对各子模块功能和性能指标参数的分析、研究、
优化。采用了PID电路补偿方法来提高LED恒流精度。
采用globalfoundries 0.35um CMOS工艺，在Candence设计平台上完成了PWM恒流
驱动芯片的电路设计与版图设计。最后流片成功，对芯片进行测试验证，达到了预先
的设计要求。本文最后还讲述了该驱动芯片的测试结果，包括功能和性能参数测试，
然后对应用也作了简单的介绍。
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