大功率LED驱动器设计.pdf

第 48卷 第 1期 厦门大学学报 (自然科学版) Vo1．48 No．1 2009年 1月 JournalofXiamenUniversity(NaturalScience) Jan．2009 大 功 率 LED驱 动 器 设 计 张春红，冯永建 ，郑鹏峰 (厦 门大学物理与机 电工程学院，福建 厦 门 361005) 摘要：大功率LED驱动器影响LED发光效果、效率及整机的稳定性．驱动器的DC／DC转换器拓扑结构由LED串上的 总压降与供电电压范围之间关系决定．本文从LED灯的特性出发，根据DC／DC的不同拓扑结构 ，采用 UMC0．5 m EPOWER工艺，设计了宽输入电压、低功耗CMOS大功率LED驱动器．所设计的驱动器能够通过不同外围电路的接法， 用同一块芯片实现降压型 (buck)，升压型(boost)，升降压型 (buck-boost)3种拓扑结构的开关电源以适用于不同的应用 场合． 关键词：开关电源；LED驱动器；DC／DC转换器 中图分类号 ：TP211+5 文献标识码：A 文章编号 ：0438—0479(2009)01—0055—04 由于白光 LED能使 LCD色彩更逼真、色度更饱 和，并且电路简单、占印制板体积小、耗 电省、价格更为 便宜，所以自光 LED近年来成为小型便携式电子设 备，尤其是彩色 LCD背光照明的最佳选择．本文介绍 了LED驱动器的驱动方式和开关电源的基本原理 ，设 计了一款基于开关电源的大功率白光 LED驱动器．其 主要工作模块如 图 l所示 ，包括带隙基准 电路 (Band— Gap)、偏置电路 (BIAS)、时钟振荡器 (Oscillator)、电 流检测电路(IDetector)、斜率补偿 电路 (Slopecmpen— sation)、轨至轨运算放大器 (Rail—to-railamplifier)、 PWM 比较器 (PWM comparator)、功率 管驱 动器 (Driver)．其中对带隙基准 电路和时钟震荡 电路的设 计做了重点介绍． 图1 LED驱动器工作模块 1 开关电源技术 Fig．1 LED driverworkblock 白光 LED驱动器主要有并联驱动和串联驱动两 及电网隔离，因此省掉了体积笨重且损耗较大的工频 种方式．并联驱动方式需要 电荷泵控制 IC，由于并联 变压器，从而达到减小整机体积、质量和提高工作效率 驱动，不需要很高的输 出电压，但需采用额外的电路确 的 目的．与普通线性稳压电源相比，效率提高近 1倍． 保各 LED电流误差在一定范围内．串联驱动方式需要 DC／DC转换器的拓扑结构主要有降压型(buck)， 开关电源进行升压变换 ，需引入电感 ，但串联方式保证 升压型(boost)，升降压型(buck-boost)3种，它们都能 了LED亮度的完全一致．DC／DC转换器是开关 电源 实现将固定的直流电压进行变化的功能．本文所设计 的主要组成部分，它是转换的核心，涉及频率变换，目 的驱动器能够通过不同外围电路的接法用同一块芯片 前 DC／DC变换应用 中的频率提高最快；开关 电源 的 实现以上 3种拓扑结构，以适用不同的应用场合． 功率器件工作在开关状态，由于开关频率较高(几十至 几兆赫)，利用体积很小的高频