适用于白光LED驱动的高效率Boost型DC-DC开关电源的设计

• 作 者: 董双兵
• 机 构: 南开大学
• 出 处: 南开大学
• 发表日期: 2010年期

LED照明因具有小型、抗震、坚固、寿命长、不易发热、低耗电量且功能稳定等特性,正获得越来越广泛的应用。作为白光LED照明系统中的关键组成部分,LED驱动芯片的电路设计面临严峻挑战。　　
本文在分析和比较各种类型的白光LED驱动电路的基础上,设计了一款适用于白光LED驱动的高效率boost型DC-DC开关电源芯片。采用峰值电流的控制模式,使负载LED上的电流保持恒定。该芯片的输入电压范围为2.6V～5.5V,输出电压可在VIN+1.4V到12.5V之间变换,可以驱动1～3个串联LED；输出电流范围为20mA～1A,可以驱动并联LED或串并联混合LED。既可作为背景光使用,又可作为大功率照明LED驱动。该芯片具有PWM/PSM模式自动切换功能,在大负载电流的情况下,芯片处于PWM调制模式,在小负载电流的情况下,芯片处于PSM调制模式,因此确保芯片具有较高的转换效率。开关管的开关频率625kHz/1.25MHz灵活可调,便于外围电感电容器件的选择和转换效率的提高。　　
论文重点介绍了电流控制Boost型DC-DC系统的传输函数和不稳定因素,通过误差放大器补偿网络和斜坡补偿技术解决了系统环路的稳定性问题。设计一种简单新颖的斜坡补偿电路,降低了系统的复杂度。此外,设计了环路控制中的主要电路模块,如带隙基准电路,误差放大器以及变频振荡器等模块。芯片还具备软启动,欠压保护,过流保护等功能以及关断工作模式,以保护系统不受到过流、过压的损害,方便外围系统对其控制,并降低了系统的功耗。　　
整体设计采用华虹NEC0.35um BCD工艺实现,利用Cadence Spectre仿真软件对整体电路进行了功能仿真验证,结果表明:该开关电源芯片具有输出电压纹波小,转换效率高,最高转换效率达到93％,具有良好的瞬态响应性能和负载调整能力等特点。