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研究生:楊鴻億
研究生(外文):Hung-Yi Yang
論文名稱:萬用鋰電池充電器與電流回授白光二極體驅動器之設計
論文名稱(外文):The Design of Omnipotent Li-Ion Battery Charger and Current Feedback WLED Driver
指導教授:陳建中陳建中引用關係黃育賢
指導教授(外文):Jiann-Jong ChenYuh-Shyan Hwang
口試委員:宋國明郭建宏
口試委員(外文):Guo-Ming SongChien-Hung Kuo
口試日期:2012-07-12
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電腦與通訊研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:鋰離子電池振盪線圈變換器萬用充電器直流-直流升壓轉換器白光二極體
外文關鍵詞:Omnipotent chargerLi-Ion battery chargerRinging Choke ConverterWhite LEDboost dc-dc converter
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地球暖化嚴重。其中,利用電源管理積體電路達到節能、省能、省電的目標,是近代中相當重要的課題。

論文第一部分提出萬用鋰電池充電器,此晶片設計一個可正反接的三段式線性鋰電池充電器並採用TSMC 0.35μm 2P4M CMOS製程實現。三段式充電包含涓流充電、大電流充電與恆壓充電,此技術可以減少對鋰電池傷害。提出的架構將正反接功能與三段式充電器作結合,設計出一個適用於鋰電池的萬用充電器。此電路最大電流為300mA,恆壓模式4.2V。當輸入電壓4.5V時,可精確提供輸出電壓範圍從2.2V到4.2V,整體晶片面積約為1.5×1.5mm2(含PADs)。

論文第二部分提出電流回授白光二極體驅動器,其採用TSMC 0.35μm 2P4M CMOS製程實現,晶片面積約為1.498×1.309mm2(含PADs)。使用直流-直流升壓電路提供LED所需的電壓,將升壓電路串接LED,設計成電流回授,再搭配電流源對LED調光。當輸入電源電壓為3.6V時,此轉換器可提供輸出電壓範圍從6到7V,輸出電流為20到30mA。


Global warming phenomenon is serious. Power management IC to achieve energy saving target is a very important problem.
The first part of this thesis proposes an omnipotent Li-Ion battery charger. The proposed chip fabricated with TSMC 0.35μm DPQM CMOS processes can create a reversible three-stage linear Li-Ion battery charger and is The three-stage charger functions include trickle current charging, large current charging and constant voltage charging. This technique can reduce the damage of Li-Ion battery. The proposed structure creates an omnipotent charger with the reversible three-stage charger. The proposed circuit have a maximum charge current of 300mA and a constant voltage of 4.2V, at an input voltage of the proposed circuit is set to 4.5V. The omnipotent charger can precisely provide an output voltage VOUT between 2.2V and 4.2V. ; and that the chip area is 1.5×1.5mm2(with PADs).

The second part of this thesis introduces the design of the current feedback White Light Emitting Diode(WLED) driver, which is fabricated with a TSMC 0.35μm 2P4M CMOS process with the chip area of roughly 1.498×1.309 mm2 (with PADs). The proposed scheme not only structure by using current feedback, but also dimming the LED with current source. Note that the converter precisely provides an output voltage from 6V to 7V and an output current from 20mA to 30mA at an input voltage of 3.6V.


摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 相關背景與發展現況 2
1.2 研究動機與目的 6
1.3 論文內容架構 10
第二章 萬用鋰電池充電器 11
2.1 鋰電池原理介紹及等效電路 11
2.1.1 理想模型 12
2.1.2 線性模型 12
2.1.3 戴維寧等效性模型 13
2.1.4 電容等效性模型 13
2.2 鋰電池充電方法 15
2.2.1 恆流充電法 15
2.2.2 恆壓充電法 15
2.2.3 恆壓恆流充電法 16
2.2.4 脈衝充電法 17
2.2.5 ReflexTM充電法 17
2.3 一次側扼鈴轉換器 19
2.3.1 扼鈴轉換器架構及原理 19
2.3.2 光耦合器介紹及原理 23
2.4 萬用鋰電池充電器架構簡介 25
2.4.1 模式選擇器 27
2.4.2 定電流產生器 30
2.4.3 電流感測器 31
2.4.4 自動電位偵測器 32
2.5 電路模擬 35
2.5.1 行為模擬 35
2.5.2 H-Spice模擬 40
2.6 整體電路佈局與實測結果 43
2.6.1 萬用鋰電池充電器電路佈局圖 43
2.6.2 電路IP腳位與功能定義 45
2.6.3 量測環境 46
2.6.4 量測結果 49
2.6.5 規格表與文獻比較表 52
第三章 切換式直流-直流轉換器介紹與原理 54
3.1 切換式升壓轉換器介紹與基本原理 54
3.1.1 升壓轉換器連續導通模式之穩態分析 55
3.1.2 升壓轉換器不連續導通模式之穩態分析 59
3.1.3 升壓轉換器之邊界條件 61
3.1.4 升壓轉換器之穩定度分析 62
3.2 切換式直流-直流升壓轉換器各項效能與定義 69
3.2.1 暫態響應(Transient Response) 69
3.2.2 負載調節率(Load Regulation) 70
3.2.3 線性調節率(Line Regulation) 70
3.2.4 輸出電壓漣波(Output Voltage Ripple) 71
3.2.5 效率(Efficiency) 71
第四章 使用電流回授之白光二極體驅動器 73
4.1 白光LED介紹 73
4.1.1 發光二極體的結構與電器特性 73
4.1.2 發光二極體電學特性 74
4.1.3 發光二極體的概況與特色 76
4.2 電流回授之白光二極體驅動器架構簡介 77
4.2.1 補償電路 78
4.2.2 定電流產生電路 81
4.2.3 斜波產生器 81
4.2.4 脈寬調變器 83
4.2.5 電流感測器 84
4.2.6 非重疊時脈電路與驅動電路 84
4.3 電路模擬 85
4.3.1 行為模擬 85
4.3.2 H-Spice模擬 89
4.4 整體電路佈局與實測結果 90
4.4.1 電流回授之白光二極體驅動器電路佈局圖 91
4.4.2 電路IP腳位與功能定義 92
4.4.3 量測環境 94
4.4.4 量測結果 95
4.4.5 規格表與文獻比較表 98
第五章 結論與未來展望 100
5.1 結論 100
5.2 未來展望 101
參考文獻 102


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