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研究生:凃宏錫
研究生(外文):Hung-Hsi Tu
論文名稱:應用於高功率LED驅動電路之降壓式轉換器設計
論文名稱(外文):Design of Buck Converter for High-Power LED Driver
指導教授:王鴻猷
指導教授(外文):Hung-Yu Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:發光二極體驅動器電壓控制型降壓式轉換器輸出電壓漣波
外文關鍵詞:LED drivervoltage-controlbuck converteroutput voltage ripple
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近年來發光二極體(Light Emitting Diodes, LED)在各種領域的照明應用上有著顯著的成長,由於LED的亮度取決於順向導通電流,穩定的工作電流也有助於使用壽命,因此供給一個穩定的電流就是LED驅動電路的首要課題。本論文提出一個積體化連續電壓控制的降壓式轉換器應用於LED驅動電路,並提出一個系統性的設計流程,包括系統層次、電路功能層次、電晶體層次,分別使用MATLAB、SIMPLIS與HSPICE軟體工具模擬不同層次的設計,一個高電壓位準提升(High voltage level shifted)電路被設計用來驅動調節輸出電壓的Power MOS。
此轉換器利用TSMC 0.25μm 60V Bipolar-CMOS-DMOS (BCD)製程實作,其晶片佈局面積為0.9 × 0.80473 mm2。模擬結果顯示輸出電壓在14.65V到14.7之間,且輸出電流為0.35A,在操作頻率為500kHz與輸入電壓從30V到50V時。輸出電壓漣波為50mV,在負載電流為0.35A時,轉換效率為86%,且負載電流為0.7A時,有最大轉換效率為90%。
In recent years, there is a significant growth in various LED lighting applications. The stable forward operating current of LEDs is helpful to enhancing service life of LEDs. Therefore, supplying LEDs with stable current is becoming an important topic of LED driving circuit. This paper proposes an integrated continuous-conduction mode (CCM) voltage-control buck converter used in the LED driver. A systematic design flow, including system level, circuit level and transistor level is presented. The MATLAB, SIMPLIS and HSPICE design tools are used for the simulations of different level designs. A high-voltage level shifted (HVLS) circuit is designed to control the power MOS of the driving circuit.
The buck converter is fabricated in the TSMC 0.25μm 60V Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) technology and the chip area is 0.9 × 0.80473 mm2. Simulation results show that the buck converter has output voltage within 14.65V to 14.7V and the output current of about 0.35A with 500 kHz switching frequency and the input voltage of 30V to 50V. The output voltage ripple is 50mV and the power efficiency is 86% at 0.35A load current. The maximum power efficiency is 90% at 0.7A load current.
摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
圖 目 錄 VI
表 目 錄 X
第1章 序論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 相關發展與研究現況 3
1.3 論文架構簡介 8
第2章 驅動電路原理 9
2.1 LED工作原理與結構 9
2.2 LED電氣特性 11
2.3 LED驅動方式 12
2.4 切換式降壓轉換器原理與分析 16
2.4.1 切換式降壓轉換器穩態分析 16
2.4.2 切換式降壓轉換器動態分析 24
第3章 電壓控制降壓轉換器設計流程 32
3.1 系統規格 32
3.2 補償器設計 34
3.2.1 Type I補償器 34
3.2.2 Type II補償器 35
3.2.3 Type III補償器 36
3.3 系統層次設計 39
3.3.1 系統層次模擬交流分析:使用MATLAB 39
3.3.2 系統層次模擬暫態分析:使用SIMULINK 40
3.4 電路層次模擬 : 使用SIMPLIS 41
3.4.1 電路層次模擬暫態分析 41
3.4.2 電路層次模擬交流分析 43
第4章 電路設計與模擬 44
4.1 電路架構 44
4.2 誤差放大器 47
4.3 比較器 49
4.4 帶差參考電路 52
4.5 時脈訊號與斜波產生器 56
4.6 SR Latch 58
4.7 高電壓位準提升電路 60
4.8 閘極驅動器 62
4.9 緩啟動電路 64
4.10 過溫度保護電路 66
4.11 系統電路模擬 69
第5章 電路佈局及晶片效能 78
5.1 電路佈局 78
5.2 晶片效能 86
第6章 結論 90
6.1 結論 90
6.2 未來研究方向 90
參考文獻 91
附錄A 晶片量測 93
自 述 97
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