精密电流采样模式LED驱动电路设计与研究

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1、浙江大学信息科学与工程学院硕士学位论文精密电流采样模式LED驱动电路设计与研究姓名：杨幸申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：朱大中20100101浙江火学硕士学位论文(2010)摘要摘要半导体照明具有广阔的发展前景，被《国家中长期科学和技术发展规划纲要》列为能源领域工业节能优先主题以及作为加快推广扩大内需的产品。发光二极管(LED，lightemittingdiode)凭借其高效节能、绿色环保、寿命长、可靠性高等优点得到了广泛应用，正在逐渐取代传统的白炽灯、荧光灯成为新一代照明光源。随着大功率白光LED在灯光

2、装饰、背光源和照明中的普遍应用，大功率白光LED驱动芯片的需求也越来越大，因此开发与功率型LED配套的大功率LED驱动芯片具有十分广阔的市场前景。线性恒流驱动的LED驱动集成电路一般利用采样电阻直接检测LED驱动电流的大小产生采样电压经过负反馈回路控制调整LED驱动电流以维持LED电流的恒定。随着LED驱动芯片功率的不断增大，采样电阻上的功耗损失严重影响了电路效率，影响了实用性，改进的方法是利用电流镜的原理，对输出电流进行比例采样，利用较小的采样电流产生一定的采样电压，大大地降低了采样功耗。本文在传统比例采样模式LED驱动的基

3、础上研究了精密比例采样模式LED驱动电路，在提高了采样精度的同时，提高了驱动电路的输出等效阻抗，获得了更好的恒流特性。电路主要包括带隙基准源、输出级大功率MOS管、缓冲器、运算放大器、传感采样电路、反馈控制电路等基本模块构成，电路通过运算放大器反馈控制使采样MOS管和功率MOS管的三端电位相等，实现采样电流对输出电流的精确传感，通过电路的小信号模型分析，得到精密比例采样模式的小信号等效输出电阻远大于传统比例采样模式，因此恒流特性得到了提高。驱动芯片采用CSMC0．51．tm标准CMOS工艺研制，芯片面积为1．455mmx0．9

4、60mm，测试结果表明当LED驱动电流为350mA，电源电压6V正负波动10％时，精密比例采样模式LED驱动电路输出电流变化小于7mA，恒流精度小于2％，比传统比例采样模式LED驱动电路的恒流特性稳定度提高了41％。关键词：半导体照明；大功率白光LED；大功率MOS管；恒流驱动；比例采样；恒流控制精度浙江大学硕士学位论文(2010)ABSTRACTAbstractAsapromisinglightingapplication，semiconductorlightingisconsideredastheprioritytheme

5、ofindustrialenergyefficiencyinenergyfieldandtheproductstoexpanddomesticdemandsby‘'NationalLong—termScienceandTechnologyDevelopmentPlan”．Withtheadvantagesofhighefficiency,lowpollution，longlifetime，highreliability,LEDisgraduallyreplacingincandescentlampandfluorescentl

6、amptobeanewlightingsouceforgenerallighting．Alongwiththedevelopmentofhigh—brightnesswhiteLEDforbacklightandgenerallighting，theresearchofconstant-currentdrivingICforwhiteLEDhasabroadprospectandismeaningful．InconstantcurrentdrivingmodeLEDdriverIC，asamplingresistanceisa

7、lwaysusedtomeasurethedrivingcurrentdirectlyandproducesamplingvoltage．ThissamplingvoltagecontrolstheLEDdrivingcurrentinconstantbynegativefeedback．AsthepowerofLEDdrivingICisincreased，itsdrivingcurrentwillreachseveraldozensofmilliamperetoseveralAmpere．Theincreaseofpowe

8、rdissipationonsamplingresistancewillcausethedecreaseofpowerefficiencyofthisdrivingICandlimitthepracticalapplications．Althoughreducingtheva