带PFC和隔离方案的LED照明驱动IC设计

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本文针对传统LED照明电路电源系统对传输电网产生强谐波干扰、工作效率低的问题及潜在的安装过程易受触电危险的缺陷,设计了一款高PF值和高效率的反激式AC-DC转换器的驱动芯片。芯片通过采用新颖的峰值电流检测技术,整形系统输入电流波形,有效抑制电流的尖峰脉冲畸变,实现高达95%的PF值;整形后的电流减少了器件的额外功耗,系统达到80%以上的工作效率;同时,反激式的耦合变压器的设计实现了高压回路和负载回路的隔离,提高了使用安全性。基于系统PFC和隔离的结构特点,芯片采用固定周期的脉宽调制,实现电流的非连续模式控制,保证变压器能量的二次转换,提高了系统的稳定性。  本文采用Top-down的流程和方法设计芯片的功能子模块,重点开发了用于峰值电流检测的比较阀值电压的实现电路——AGC自动增益控制环路;其两级运算放大器的设计和零极点补偿技术,解决了输出波形失真问题;应用高速比较器迟滞机制的独特设计,解决了增益调整过程中的毛刺干扰问题。此外,芯片集成的过温保护,输出开路、短路保护等模块,进一步确保系统工作安全稳定。  本文使用Cadence平台的Hspice软件进行电路仿真,采用华虹CMOSPMU350高压工艺和VirtosoLayoutEditor软件进行版图制作,并结合成本、散热等方面的考虑选择了性价比合理的SOP8封装。测试阶段使用了Fusetrim技术,在高精度带隙基准电路设计的基础上,达到了良好的片间匹配性,芯片各项参数和功能实现达到设计预期。论文结尾对课题做了展望,建议通过引入负载反馈机制,有望实现统一外围器件方案下的系统输出恒流,极大地方便客户端的应用。
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