注册就送无需申请|第二章节能灯驱动电路芯片的功能器件 11 这就造

 新闻资讯     |      2019-11-08 17:27
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  电源如果发生过流、欠压的情况 受到外部不稳定的影响 本芯片的故障定时器可以及时侦测 将输出高电平信号 在电路板上设计的指示灯亮 标识电路异常。如图3 1所示 二者的栅极电压钳位和安全关断的部分 限制了异常电流和晶体管的开关关闭 并提供一个预充电电路对电容充电以调节至正常的电压值。其能够采用一个电压介于 3V 至 17V 之间的输入电源有效地给一个高达 40V 的电容器阵列充电。错误逻辑信号会根据输入电流和电压的异常情况 对死区电路作用 使它不能产生高电平。为了解决这一问题 许多研究机构和企业开始研发能够将在工作电压为 5V 标准电源或电池的驱动电路 低压 5V 的电源电压通过这个驱动电路转换成满足设备需求的高压小电流信号。栅极电压通过辅助导通的装置减少电路在发生瞬间短路或过电流故障时 通过动态减少栅极电阻的控制瞬态过电流峰值。本章总结本章通过对目前市面上流行的节能灯驱动器件 LED发光二极管、交流电子镇流器、场致发光灯性能做了详细介绍 以及它们的优缺点对比和运用的领域。其中高端输出驱动电路通过浮动电位的高压阱电位 将输出电压提高至更高的家用高电压。相关的研究表明 电感镇流器启动电压是180V 但是在我国一些偏远的地方 或者是在用电量高峰时期 电网电压通常都低于180V 这样就影响了居民照明第二章节能灯驱动电路芯片的功能器件 11 这就造成了LC谐振电路的电感值比较小 这也使得它具有体积小和重量轻的特点。当输入电源降至低于可编程的电源故障门限时,实现方式 对保护电路中的异常输出电压电流侦测的输出为高电平信号 在电路板上设计的指示灯亮 标识电路异常。详细设计了每个电路的元件选用、电路设计 并通过仿真软件实验测试出输入输出的各项性能参数。降压型转换器工作在一个 1MHz 的开关频率,场致发光灯主要由三部分组成 包括显示屏的透明电极板、连接底部的电极板和中间两极板的磷光体电介质。其次 节能灯的颜色与电压频率存在一定的函数关系。故障定时器的短路保护当短路时 由于将消耗在装置中的非常高的能量 驱动电路会有一个非常快速的温度上升。标准电源或者电池电压想要从5V升压为50 200Vpp 在以往设计中一般都是在驱动器上添加变压器 这不但增加了驱动电路的重量和体积 也很难获得良好的信噪比和负载调整率。

  比较器的作用是将输入信号与正极固定产生的基准电压相比 控制其输出的是高电位或低电位的信号。除了以上这些性能指标外 节能灯的驱动电路还有很多的性能指标 例如为了使电路更加智能 要增加使能控制端 增强带载能力等。电子科技大学硕士学位论文 20 考虑设计这个延迟电路 由于本驱动电路是应用于节能灯 它的开关时间不可过长 而芯片最终又希望达到一个高集成度的要求 期间的选用不会是很大的面积。在负荷故障条件和硬开关故障条件下 器件都会有高电流峰值和电压过冲并产生高温。总结出本设计采用的驱动芯片的保护电路的功能实现需求 并对电路整体结构做了初步设计 给出了驱动电路的功能框图 包括脉冲触发电路、故障定时器、外第二章 节能灯驱动电路芯片的功能器件 17 围电阻温度检测、异常电压电流控制电路、电流采样与比较电路、ESD防静电保护。两个比较器可以将输入信号电位与基准电压比较 再经过逻辑运算得出整合后的脉冲电子科技大学硕士学位论文 16 信号。驱动芯片的保护电路部分 包括了脉冲触发电路、故障定时器的短路保护、外围电阻温度检测、异常电压电流控制电路、电流采样与比较电路、ESD防静电保护。对于由于功能器件的故障引起的短路实现保护。这在现代电路集成和便携式产品显然是不适用的 因此目前广泛应用的集成节能灯驱动电路应运而生 这些电路采用了诸如半桥、推挽及全桥的开关电源拓扑结构 将低压升压为能够驱动节能灯工作的高压。将主要通过以下步骤完成 1、对单片节能灯驱动芯片的保护电路进行设计 其中包括由设计原理到电路结构 各项参数标准的设计。电子科技大学硕士学位论文 18 第三章 节能灯驱动芯片保护电路设计 驱动芯片保护电路结构本保护电路是需要在保证其输出和功率控制系统的稳定性 以下问题是设计中考虑到的 控制短路电流的产生短路保护的时间延迟。以在这种电源中断 / 故障情况下从后备电容器来给系统电压轨供电。本设计中的电流I会随电位变化 因此通过对电容C1的调整 就能够调整驱动电路所需的死区时间t。

  场致发光灯已经被大量地运用在移动通信领域的显示、手持设备、移动笔记本中的显示屏显示的背光照明。这种情况是芯片设计最不愿看到的 因为它对半导体器件是很严重的破坏 比如直接烧毁整个芯片 或是破环了内部器件的功能。在接收到这两个信号后 通过对他们相位和电流电压的逻辑比较 计算出死区信号的产生时间。可以采用一个外部低值检测电阻器来保持一个准确的电流限值 (针对来自输入电源的电流) 或执行电源通路 (PowerPath™) 功能。结合本节分析的发光二极管、场致发光灯和电子交流整流器 可以归纳出对其节能灯的驱动要求及保护电路着重需实现的功能。保护电路要求可以检测短路状态 且检测方法必须尽可能地简单 尽量减少延迟时间。5、电流采样与比较电路 通过接入采样电阻至输入端 计算其压降 从而与基准电压相比较 判定是否输入信号异常。考虑了对芯片ESD保护的设计。但是 这种需要高压驱动的驱动电路会有很大的体积和重量 信噪比不大 负载调整率低 那么就不可以运用与便携式的场致发光灯或是节能灯上 生产出来的产品也会体积巨大。当错误逻辑电路收到电流采样与比较电路和ESD防静电保护电路检测到的异常输入 它就会改变输出控制信号并以指示灯显示 从而保护芯片的功能区。当给后备电容器充电时,实现方式 对高端信号加入了欠压状态下的监控保护 可以当高端电压与接地端电压差低于了最低要求的阈值电压 电路将输出指示信号 并使电路断开高端停止工作。电压电流瞬变在许多工业应用中是经常发生的。实现方式 从接口产生的输入信号 在脉冲产生电路部分整合为窄脉冲信号 其频率加倍 脉冲整形后上升沿和下降沿是方波信号的边缘 本部分的电路中的将输入的高端信号通过脉冲 将波形调整并形成一个窄脉冲 频率相对方波信号加以提高。突出驱动电路的保护电路部分对于整个电路的意义及实现方法。当输入信号恢复正常后 则可以输出低电平信号 表示电路恢复正常状态 指示灯灭。由于节能灯的亮度也受驱动电压的幅值影响 因此当要求亮度相同时 节能灯的面积越大 所需求的驱动电压就越高 因此在设计节能灯的驱动电路时 应当考虑具体应用来进行设计。驱动电路还有一个要求 为了能够在便携式产品或者汽车电子中方便使用 希望能够尽量实现低功耗。

  与输入方波信号一同连接一个错误逻辑信号 这个将在后文的保护电路设计中详细介绍。当交流高压信号 AC信号 进入场致发光灯的上下电极板之间后 就会使得中间两极板介质发光 也就是激发了固体的发光。由于这类驱动芯片具备小体积、使用灵活、信噪比高等优点 因此得到了越来越广泛的应用。和特点 用于提供系统后备电源的双向同步升压型电容器充电器 / 降压型稳压器宽输入电压范围:3V 至 17V高达 40V 的电容器电压存储器用于提供高能量后备2A 的最大 CAP 充电电流集成型 N 沟道功率 MOSFET (150mΩ 上管和 75mΩ 下管)用于实现输出 / CAP 断接的集成型 N 沟道功率 MOSFET (50mΩ)充电期间的输入电流限制快速 1MHz 开关频率用于系统电压调节的 ±1% 基准准确度用于指示充电状态和输入电源故障的指示器输出扁平 24 引脚 3mm x 5mm QFN 封装 产品详情 LTC®3643 是一款双向同步升压型充电器和降压型转换器,3场致发光灯最近几年以来 场致发光灯 Electroluminescent Lamp EL 已经被广泛地应用于日常生活和工业生产中 场致发光灯是节能灯的一种 如图2 4所示是常见的一种指示灯标志。虽然在不同的场合下节能灯的驱动电路设计会有所不同 但是基本的拓扑结构都是类似的。电致发光灯最终的目标和它工作原理就是把电能转换成光能 利用交变电流电子科技大学硕士学位论文 12 来激发荧光层发光。尤其是当时钟信号的频率很低的时候 这种驱动电路所表现出来的效果更是不如人意。下面将展开阐述对驱动保护电路的设计结构。3、在较低的电源电压下也可启动荧光灯。3、外围电阻温度检测 通过将输入信号预先接入热敏电阻 通过温度传感器将采集的温度信号转换为方波信号 可判断在过高温度工作环境下对输入信号的截断。

  随着场致发光灯被越来越多的使用 研发者们都纷纷把焦点都集中在它的关键技术上 这就是场致发光灯的驱动电路。一旦器件发生过流就会引起故障甚至过热烧毁 硬开关故障或负荷故障。本设计能够使芯片有较好的封装形式和封装材料 以实现在可靠性的条件下达到低功耗、散热效果好 并降低成本。再设计驱动电路的时候 最好能够实现可调的驱动频率。节能灯的大小、使用环境、发光面积、寿命等因素都跟这些设计指标息息相关。本文所设计的驱动电路可以满足大部分的节能灯产品的工作要求。如果采用电子镇流器 其启动电压只有120V 满足各种条件下照明的需要。两路输出的高低端信号是反相的方波 就是将电平位移。因而允许使用小的外部组件。从上面我们可以知道 由于将场致发光灯等效为容性负载 因此要想用交流电压来驱动EL 输入电压需为频率为2001000Hz、幅值为50 200Vpp 的交流电 现在的移动电子产品一般是5V的工作电压 这显然是无法作为场致发光灯的高电压驱动电源。场致发光是一种将固体材料在高强电场的激发导致其电子游离等过程从而放光。本设计采用了双重的驱动输入信号 必须在两个驱动输入信号都是低电平并有较长的保持时间之后 才会连通至电路的功能区 以保证电路中的各个功率器件不能发生直通 排除可能的芯片破坏。通过输入信号IN的高低控制 电容C1进行充放电。在一定范围内 灯的发光强度随电压频率的增高而增大 11 但是在电压频率高于一定数值后 节能灯受频率的影响就不大了。

  本延迟电路从前端的接口产生的输入方波信号 在通过比较器后 有不同的相位。当外部输入信号到输出信号的方波信号时 整个接口电路对输入信号的幅值可控 对两个输出端的方波信号产生了电平位移 16 作为栅极寄生电容在驱动电路开始通电或者刚刚断电的情况下 电容间是有直流电流的 那么驱动电路的功能部分将很容易直通 直流的电流未经处理就输入到电路。当电压频率逐渐增加时 灯光的颜色将从偏绿逐渐变成偏蓝。除此之外 为了芯片自身可以承受更高的电流 会需要为电路当中增加一个负载电阻 最好是可调节的 以便实现对电流的控制。减少静电的功率消耗控制在一个更小的区域?

  场致发光灯驱动芯片整体系统功能框图具体来说 节能灯驱动电路主要有以下这些要求 交流电压的幅值为50 200Vpp 种类可以包含三角波、方波、正弦波等。对整体的测试结果进行对比分析 得出结论并总结不足。输出级则是保证输出的驱动信号可以控制整个电路的功率 这也为之后整个电路在能耗方面的优化提供了前提。输入信号延迟了多少相位 就决定了死区时间的多少。3、针对节能灯的特点分析选用封装工艺 并对ESD静电保护的生产工艺做出第二章 节能灯驱动电路芯片的功能器件 15 设计思路。例如采用外接的电阻值的不同来改变驱动电路的频率 以此来变换灯的颜色 满足不同用户的需求!

  4、异常电压电流控制电路 保证整体电路的前端 高低端输入 与后端 高低端输出 之间不会发生直通 有效地加速了功能器件的关断 防止瞬时导通。因为芯片外接的电源电压不是理想的稳定状态 可以会有高于或低于标称 这会导致芯片工作不正常。设计中考虑对接口的输入信号获取、信号的滤波处理、产生死区信号、产生两个反相的输出信号。其串联的顺序和信号方向为从接口电路输入高低端信号 其相位是同相 经过死区时间的产生和输出高低压电平位移延迟 12 输出到高端和低端的驱动电路 而保护电路是通过对电流电压的检测 对电流的采样比较 实现对整体芯片的监控与保护。本设计电路中 电流分流路径被触发只在该装置的一个限制区域 而不是沿整个器件的宽度。

  当前我国正在大力推行节能减排政策 已经开始在生活、生产和服务等各行业中采取各种措施 来从根本上减少能量的消耗。最后通过滤波电路去掉干扰信号 到达输出端的就是单一的方波信号。而低端的输入信号也是同样的方式 以保证在被其他负载影响的时候 可以保护电路。第三章 节能灯驱动芯片保护电路设计 19 1短路保护的时间延迟结构图外部控制信号从IN端口输入 本设计中是10V以内的方波信号 方波信号从图中的比较器负极输入。因此 本设计选用将输入电流减小 来对栅极电容缓慢充电 这样得到的死区时间也是适用的。

  6、ESD防静电保护 许多ESD保护元件 常表现出不均匀触发。对输入端信号与基准信号的比较 这个部分统称为比较器 这种元件连接是一种两级比较器的结构 15 是由8个晶体管组成 之后需要对加入的信号做偏置处理。芯片在正常工作环境下可以达到各项参数标准 可以很好的适用于节能灯这一产品 并可延伸应用于其他安全照明系统、电子导航系统、商用电子玩具等日常移动电子设备。高端和低端信号输入电路 INPUT、LINPUT 它将外部输入的低压逻辑方波信号 转换为低端低于15V的驱动信号和高端15V的驱动信号 低端和高端信号的要求生成的方波信号序列一致。保护电路的各单元电路分别通过以下方式实现其功能 1、脉冲触发电路 采用双脉冲触发的方式以降低芯片的功耗 并增加了电路在高低电平的位移情况下对功能器件的保护 使芯片具有可靠性。如图2 5所示功能框图。调节期间的低静态电流可最大限度地减少后备...第二章节能灯驱动电路芯片的功能器件 11 这就造成了LC谐振电路的电感值比较小 这也使得它具有体积小和重量轻的特点。在以上设计基础上还将考虑到如何对芯片的版图安排 器件元件选用 封装的工艺实现以及试验环境下的封装测试。实现方式 在外围加入热敏电阻 将温度传感器采集的温度信号通过A D转换 输入至保护电路的高端信号 通过比较器与基准信号的比较 在对应温度值高于阈值的情况下截止高端信号的输入 以达到使芯片停止工作的保护。

  对检测到的电路是否发生过流、欠压的情况 通过电路板上设计的指示灯标识电路是否异常。由于电路检测的电压不能输入当前级别的集电极端子 因此为了避免误检测 检测电路必须有导通延迟时间。升压型充电器作为一个同步降压型稳压器反向运作,RC延迟电路如图3 RC延迟电路图延迟电路的内部元件如图3 其包含了偏置电路用以将输入电流转换为小电流。节能灯的亮度和颜色受驱动频率的影响。本设计的保护电路的结构如图2 6中虚线框内 保护电路结构图本文设计的芯片对外部的连接共有三对电源线加地线。在外围负载上监控是否有过流 及时智能调节过流 保护功能器件 13 。连接到收集器装置一旦出现短路故障 允许检测集电极电压的增加从低饱和值到总线电压电平。场致发光灯实例在以前像这样类似的指示灯标志使用的场致发光灯 都是在较高的电压下完成的 它的驱动电路部分都是高压的输入 那么就必须在使用时接入一个变压器 得以提升输入到场致发光灯中的高电压。短路电流可由栅极的栅极电路的干预电压控制并降低 14 。之前介绍通过双重的驱动输入信号 那这两个信号就是在其中一个信号接入功能区之前 对它加以一个或多个相位的延迟。最常见类型的检测电路是基于集电极电压或集电极电流或栅极电压的检测 感测二极管。此外 也有部分产品选择采用采用电荷泵的结构而不是开关电源的拓扑结构 没有使用电感来升高电压 这样做的优点是能够获得比开关电源更小的噪声 但是同时也不如开关电源类驱动芯片使用灵活。相关的研究表明 电感镇流器启动电压是180V 但是在我国一些偏远的地方 或者是在用电量高峰时期 电网电压通常都低于180V 这样就影响了居民照明效果 也不利于“绿色照明”的推广。3、在较低的电源电压下也可启动荧光灯。现在的市场上 场致发光灯的应用环境不同和尺寸的不断变化 它的驱动频率和电压是需要在一定的可控范围内调整的。25性能参数 符号 单位 最小值 最大值 典型值 开关管导通电阻 RDS 10 18 13 高压输出电压 VDD VA VB 80160 120 VDD工作电流 IDD mA 1000 1500 1200 偏置电压 Voffset 15工作频率 KHz50 100 60 高低端输出电流 Io mA 1000 1500 1200 本电路分为外围电阻温度检测电路 在外围加入热敏电阻 将温度传感器采集的温度信号通过A D转换 输入至保护电路的高端信号 通过比较器与基准信号的比较 在对应温度值高于阈值的情况下截止高端信号的输入 以达到使芯片停止工作的保护。

  从驱动性能上来说 正弦波的第二章 节能灯驱动电路芯片的功能器件 13 交流电压是最好的 但是由于设计和实现这一电路的难度较大 因此综合考虑后 普遍采用的都是方波信号的交流电压 典型例子是IMP803 系列的驱动芯片。2、保护电路将设计脉冲触发电路、故障定时器的短路保护、外围电阻温度检测、异常电压电流控制电路、电流采样与比较电路、ESD防静电保护。实现方式 设计中考虑对接口的输入信号获取、信号的滤波处理、产生死区信号、产生两个反相的输出信号。电流采样与比较电路将驱动的器件上的电压经过负载转换 加以监控 当采样电流超过预设的基准电流 则驱动电路停止输入。交流电压的工作频率范围一般是200 1000Hz 部分电压频率也能够达到几 KHz。在外围负载上监控是否有过流 及时智能调节过流 保护功能器件。随着半导体电子行业以及前面提到的智能驱动芯片技术的发展 这种场致发光灯的驱动电路也可以从中获益 各种场致发光灯驱动电路试图通过各种方式来降低功耗、噪声和版图面积 从而增加产品的使用寿命 进一步减少产品的生产成本 还尝试各种方式使场致发光灯的亮度保持一致。整个充电过程t是由电容C和充电电流I的大小可得。2、故障定时器的短路保护 在输入信号异常且不可调节的情况下 输出单相的错误指示 连接指示灯以报警 并截断电路的工作。通过输入的电压差进行监控 对于异常输入的高端电压欠压状态下截断电路。1中数据可得出单片驱动芯片的驱动电压为低压直流电源 考虑到现实应用环境的需要 需要一定程度地提高电压 为了在生活中更加方便的使用 电子科技大学硕士学位论文 14 这个功率器件需要集成在芯片自身的一部分 这也要求所设计的芯片本身是能够承受较高的耐压的。通过输入的电压差进行监控 对于异常输入的高端电压欠压状态下截断电路。当输入端输入三角波信号 输入电压调节变化其过程 如从大至小 从小升高。通常情况下 场致发光灯的交流驱动电压范围是在200V左右 其工作频率是400Hz以内。