毕业设计（论文）-LED照明用恒流电源变换器设计.doc

闽南理工学院MINNAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY毕 业 设 计LED照明用恒流电源变换器设计系 别： 电子与电气工程系 专 业：电子信息工程(电子工程方向) 班 级： 0820311 学 号： 082031121 学生姓名： 指导教师： 职称： 教 授 2012年 5月 30日教务处制MINNAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYGraduation Thesis(Project) of the College UndergraduateLED Lighting With Constant Current Source Converter DesignDepartment: Electronic and electrical engineeringMajor: Electronic and information engineering Grade: 0820311Students Name: Cai xiaorongStudent No.: 082031121Tutor: Wang jianMAY 30 教务处制毕业设计原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计是我在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以注明引用的内容外，本设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明，并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日 毕业设计版权使用授权书本设计作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计的规定，同意学院保留并向国家有关部门或资料库送交毕业设计的纸质版和电子版，允许毕业设计进入学院图书馆被查阅和借阅，本人授权闽南理工学院可以将我的毕业设计的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本毕业设计。 保密 在 年解密后适用本授权书；本设计属于： 不保密。（请在以上相应的方框内打“”）作者签名： 日期： 年 月 日指导教师签名： 日期： 年 月 日 毕业设计答辩小组成员名单姓 名职 称单 位备 注组长闽南理工学院毕业设计LED照明用恒流电源变换器设计摘 要与人们日常生活息息相关的照明技术已经延续了一百多年的发展，近年来LED (light-emitting diode) 是一个相对较新的电光源，具有效率高，耐久性，LED在照明领域，具有非常广阔的应用前景。目前，小功率照明应用很成熟，并在大功率照明领域应用时间短，市场仍有很大潜力，本文以汽车照明为应用背景，研究在大功率照明领域驱动解决方案。LED亮度主要受电流的影响，所以最好的驱动方式应该是恒流源驱动。和其他驾驶模式，开关电源技术具有效率高，因此本文基于开关电源技术提供了一种LED的驱动电路。本文所设计的驱动结构是一种高频降压直流-直流转换器，专门用作一个恒定电流源的设计，内部参考电流源和采样电路监视电流输出，非常适合高电流驱动。高频率允许使用小的外部元件，电流模式脉宽调制提供了快速瞬态响应和逐周期电流限制，特别设计的调光电路可以实现宽范围调光。具体的设计，首先阐述了开关电源的降压拓扑的基本工作原理，详细分析了各种调制和控制模式；然后用大功率LED照明应用，提出利用脉宽调制电流控制模式的驱动电路，并分析了其工作过程；然后介绍了主要电路模块的性能要求和设计思路；最后的手段仿真的总体设计的功能验证，和频率的选择，输入电压范围和调光控制给出了具体的应用说明。关键字：LED; 开关电源; 恒流电源; 变换器LED lighting with constant current source converter designAbstract Closely linked with the people daily life lighting technology has continued for more than 100 years of development, in recent years LED ( light-emitting diode ) is a relatively new electric light source, which has the advantages of high efficiency, durability, LED lighting in the area, with a very broad application prospects. At present, small power lighting applications is very mature, and in the field of the high-power illumination application time is short, the market still has great potential, according to automotive lighting as the application background, research in the field of the high-power illumination drive solutions. The LED brightness is mainly affected by current effect, so the best driving mode should be constant current source driver. And other driving mode, the switching power supply technology with high efficiency, therefore this paper based on the switching power supply technology provides a LED driving circuit. The design of the driving structure is a kind of HF Buck DC DC converter, specifically for use as a constant current source design, internal reference current source and the sampling circuit monitors the current output, very suitable for high current drive. High frequency to allow for the use of small external components, a current mode pulse width modulation provides fast transient response and cycle-by-cycle current limiting, specially designed light regulating circuit can achieve a wide dimming range. The specific design, the first switching power supply is introduced. The basic principle of the buck topology, a detailed analysis of various modulation and control mode; then using high power LED lighting applications, proposed using PWM current control mode drive circuit, and the working process is analyzed; then introduces the main circuit module performance requirements and design ideas by means of simulation; finally the overall design function verification, and the frequency selection, input voltage range and dimming control gives the application description.Key Words: LED ; Switching Power ; Constant Current; Converter目 录1 绪论11.1 照明领域的发展历史11.2 LED 照明的原理及其优点11.3 LED 电气特性和驱动方案21.4 LED 的应用现状和前景32 开关电源原理52.1 降压型开关电源变换器(Buck) 52.2 开关调制方式72.2.1 脉宽调制（PWM：Pulse Width Modulation）82.3 控制方式82.3.1 电压控制模式82.3.2 电流控制模式93 LED 驱动电路的结构113.1 LED 驱动电路的结构及简述113.2 PWM 发生器的控制逻辑133.3 工作状态描述143.3.1 启动阶段状态143.3.2 稳定工作状态143.3.3 自动调节工作状态154 子模块的分析与设计164.1 RC 振荡器164.1.1 典型的 RC 振荡电路164.1.2 高精度 RC 振荡电路174.2 基准电压源184.2.1 带隙基准的原理184.2.2 启动电路204.3 放大器224.3.1 运算放大器224.3.2 缓冲放大器24闽南理工毕业设计4.3.3 GM 误差放大器254.4 比较器284.4.1 普通比较器284.4.2 迟滞比较器294.5 保护电路304.5.1 过电流保护电路的设计304.5.2 温度保护电路的设计314.5.3 欠压保护电路的设计325 芯片整体仿真及其应用方式举例335.1 芯片整体仿真335.2 应用方式举例365.2.1 开关频率的选择365.2.2 输入电压范围估算375.2.3 调光控制386 总结42参考文献43致谢443第1章 绪论1.1 照明领域的发展历史电光源的发明改变了人们的生活方式，让人可以在白天黑夜里都一样生活着。电气照明史在三个重要的发展阶段白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯上花费了100多年的光阴。白炽灯的工作原理是在灯泡钨丝灯泡内的电加热气体与光激发。优点是：体积小，成本低，色泽好，颜色温度低，给人一种舒服的感觉，卧室客厅客厅中常用照明；启动性能好，特别适用于应急照明；工作电压范围宽，输出的光电压变化和不断变化，和便于实现亮度调整；但发光效率低，寿命短。气体放电灯的原理是利用电极之间的气体，电子的激发和发光。根据放电管放电气体在不同的压力可分为低压气体放电灯和高压气体放电灯（也被称为高强度气体放电灯）。低压气体放电灯荧光灯作为典型代表，主要来源是室内照明的白炽灯，具有无可比拟的优点，发光效率高，寿命长，色泽好，颜色温度范围，不影响视觉。荧光灯为主的商业和工业照明。高强度气体放电灯主要包括高压汞灯，高压钠灯，金属卤化物灯，灯的发光原理基本相同，但有不同的光输出。高压汞灯光效率较低，颜色差和使用寿命短，主要用于户外照明及一些工矿企业室内照明，高压钠灯、金属卤化物灯，发光效率高，色泽好，光线集中等优点，广泛应用于大型场馆的照明和汽车照明等领域。1.2 LED照明的原理及其优点 LED（LED）是近年来发展的一个新的电光源材料，其基本结构是一个LED，该-芳香化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是 PN 结，因此它具有一般 PN 结的I-N 特性，即正向导通、反向截止和击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由 N 区注入 P 区，空穴由 P 区注入 N 区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。相对于白炽灯，荧光灯和高强度气体放电灯，LED 有着非常显著的优势。一、效率高。传统的光源使用黑体辐射发射能量，只有10%可以转化成可见光，获得6彩色光需要使用彩色滤光片，造成能源浪费。LED光谱窄，效率高，单色性好，没有过滤，直接光。二、节能好。特性是：电压低，电流小，亮度高。一个 10w 的 LED 光源发出的光能与一个 35W 的白炽灯发出的光一样，照明效果同样的 LED 比传统光源节能 70%-80%。三、使用寿命长。白炽灯的灯丝钨丝加热使用轻，容易烧坏，光衰减得越快，和玻璃泡壳容易损坏，一般寿命约1000小时。高功率固体半导体芯片将电能转化为光能，能抵抗高强度震动和撞击。单生活超过1每天00000小时，即使连续使用能力，也能够工作20几年。四、很多光色。白光或彩光都可以选择，红色，黄色，蓝色，绿色等，还能组合出各种想要的色彩灯饰。五、安全度高。发光稳定，可准确控制的强光灯，小，热量低，因为它是冷安全触摸。六、符合环保的趋势。发光材料是半导体，不含汞和其他有害元素。白光LED的光谱中没有紫外线辐射，被誉为“绿色照明”。1.3 LED 电气特性和驱动方案LED可以使用直流电源系统驱动，这里我们以美国流明公司飞利浦产品丽讯三系列白色LED为例来研究直流特性。图1-1显示了25白色LED的正向平均电流正向压降曲线。从图1-1清楚地发现，白色LED有一个积极的开启电压，大小约3.2v，LED正向平均电流与电压大幅度增加线性增长，那么小的正电压波动会造成显著正向电流波动。图1-2显示了25白色LED的发光量标准和正向电流曲线。当白光LED的正向电流大于100 mA的白色LED可以有效地发光，标准光源数量变化与正向电流几乎呈线性。闽南理工学院毕业设计图1-1 25白光LED平均正向电流与正向压降的关系曲线13图1-2 25白光LED标准发光量与正向电流的关系曲线1.4 LED 的应用现状和前景小功率LED的应用发展很快，移动电话，掌上电脑，和一系列的消费电子产品变得越来越受欢迎，作为用户的时尚和个性需求，各种背光彩色发光照明、光电功能已经不能满足用户，彩色显示屏和多媒体应用综合已经成为市场的主流。在显示技术，市场上有2种基本液晶显示技术，使用超扭曲向列相液晶（液晶）或薄膜晶体管（液晶）显示，这种方式需要白光照明。因为光频谱包含所有的颜色，并显示过滤器的光谱选择所需的颜色。白光 LED功耗低，寿命长，是目前照明用最好的选择方案。固态光源里中大功率的LED，可大量使用在白光一般照明，装饰照明，汽第1章 车灯，交通信号显示，背景显示，大屏幕，特种照明，军事照明和旅游业，轻工产品等。本申请时间短，市场仍有很大潜力，一个最有前途的，现有的汽车取代白炽灯的LED灯。现在汽车制动灯，转向灯，雾灯和其他分散，导致取代白炽灯，从发展的角度来看，汽车灯，倒车灯，大灯是可能使用的大功率LED相反，虽然有些是红色或黄色发光，但目前的高亮度白光LED强度最大，可以使用红色或黄色透明塑料罩滤波器实现直接用带红色或黄色导致更好的结果。因为大地震导致的机械强度，寿命长（比汽车本身，使用寿命长），可以有效节省维修费用，甚至从修理。电池电压是12v，汽车消费越来越大，未来的标准电压进行，那么未来发展电源供应汽车驱动将是主流产品的需求。第2章 开关电源本章将要介绍的是开关电源 DCDC 变换器 Buck 拓扑结构，电流控制模式符合LED 驱动特点，并在稳定性、准确度和性能等主要问题进行了分析。2.1 开关电源变换器(Buck)开关型变换器应用最早在 20 世纪 60 年代。在输入和输出之间装上高速通断的晶体管，输出直流电压的平均值通过调节占空比来控制。如图 2.1 所示开关电源降压Buck 变换器的原理图。开关 Q1与输入电压Vdc相连。周期 T 内，Q1的导通时间是 Ton 。在 Q1 导通时，V1 处电压是Vdc (设 Q1 导通时两端的电压为零)。Q1 关断时V1点的电压下降到0V，则V1 处的电压波形是矩形电波，如图 2.2 所示，Ton 的电压是Vdc ，其余时间电压为零，则V1 点一个周期内的平均电压直流值是Vdc Ton /T。LC 滤波器处在V1和 Vo 之间它使输出点 Vo 成为幅值等于Vdc Ton /T 的无尖锋无纹波的直流电压。图2-1 开关电源Buck拓扑的原理图损耗低，效率高是Buck 电路最大的优点，接下来介绍一下整个电路波形变化及工作过程，设Vo为输出电压。图2-2 Buck变换器连续工作模式下各节点波形当周期开始时，电感L的起始电流是I1 ，Q1 由二极管反偏截止，控制信号驱动后导通，加在 L 上的电压是Vdc-Vo，因为电压恒定处在电感两端，所以电流线性上升到I2，其斜率为dI/ dt= (Vdc Vo )/L。当Q1 关断时，电感的电流无法改变，电压极性在电感两端颠倒，二极管导通续流，这种现象就是电感反冲。没有接二极管 D1的话，保持电感 L 上的电流方向不变，这会让 Q1 两端的电压差过大而损坏开关。为了使电感中的电流线性下降，连接二极管，使电感两端电压极性产生反转，其斜率为dI/ dt= (Vd1+Vo )/L。Q1 关断结束后，电感上的电流降低为1I 。Q1 再导通时，D1 的电流减少，直到 电流变0，因为Q1 上的电流增长并取代了二极管的 D1 正向电流，D1 再次反偏，V1 恢复到4第2章 开关电源Vdc ，电感的电流变化过程重复上一个周期。电感的电流在整个周期内，会有I2-I1的变化，输出电流 Io 为I1+1/2 (I2-I1 )。电流在下降时没有下降为 0，也就是I1 0，这种模式就是连续工作模式，如图 2-2中所示。电感上的电流在下降时下降到0，也就是在电感上的储能已经完全释放，这样的工作模式是不连续模式，如图 2-3所示。8图2-3 不连续工作模式下的电流波形图2.2 开关调制方式 在调制方式上开关电源电路的调制方式主要有脉宽调制和脉频调制。我们主要介绍PWM调制方式 2.2.1 脉宽调制（PWM：Pulse Width Modulation）开关频率保持不变的是脉宽调制，占空比是通过调整开启脉冲宽度来改变闽南理工学院毕业设计的，从而实现能源的负荷转移控制，称为“定频调宽”。PWM脉宽调制开关电源转换器是最常用的方法，通过反馈端的反馈信号和参考信号的差异，内部产生的锯齿波进行比较，并输出一个恒定频率可变宽度方波信号来控制开关管，可以根据负载调速开关管开启时间，从而使输出电压稳定。PWM 调制适用于电压和电流控制模式，在负载较重的情况下具有：效率很高，电压调整率高，线性度高，输出纹波小。92.3 控制方式开关电源 DCDC 变换器有两种控制模式，分别是电流控制模式（Current Ctonrol Mode）和电压控制模式（Voltage Ctonrol Mode）。 2.3.1 电压控制模式将一个锯齿波与误差放大器的输出电压进行比较就是电压控制的原理，产生控制用的 PWM 信号。PWM 电压模式的控制原理图如图 2-5 所示，其原理为：讲放大的误差电压Vea 输入到脉宽调整器(电压比较器)中。误差电压Vea是由R1和R2检测出来的电压V。输入误差放大器EA中与参考电压Vref比较获得。图2-5 PWM电压模式控制原理图第2章 开关电源 2.3.2 电流控制模式针对电压控制方式的缺点，近年来开发的电流控制技术。电流控制模式可分为峰值电流模式控制（脉冲编码调制峰值电流模式）和平均电流模式控制（计算机：平均电流模式），含石棉材料的相变材料的基础上发展起来的电流控制模式，通常称为峰值电流控制模式。电流控制模式是在电压控制模式的基础上，增加，电流负反馈环节，电感电流不再是一个独立的变量，使开关电源变换成一阶无条件稳定系统，它只有一个杆和一个90度的相位滞后，从而容易没有限制大开放的增加和改善小信号，信号特征。根据最优控制理论，系10统实现全状态反馈控制系统，可以实现最小平方误差积分指标的动态响应。因此，在脉宽调制和输出电压和电感电流反馈信号的双闭环控制是一致的一个最优控制法。图 2.6 为 PWM 峰值电流控制模式的原理框图。与电压控制方式的不同，电流控制方式的脉宽调制电压比较器的输入端的电压控制模式在锯齿信号改变电感电流采样值转换成一个电压比较器，另一端是输出电压采样值与参考值的误差放大器。在每个周期开始时，时钟信号控制开关开启，电流在开关和电感上增加，当电流增加与比vilella，触发端高电位，关闭开关。如果Vdc 增大，则 Vs 上升速度会因为开关导通加快，Vs 超过Vea 所用的时间缩短，则Ton 变短；若Vdc 减小，则 Vs 超过Vea 让 PWM 需要更长的时间来控制信号。所以不管输入电压Vdc 如何波动，开关的导通时间Ton都能通过电流控制改变 ，使得输出电压稳定为Vo=Vref(1+R1/R2)。闽南理工学院毕业设计图2-6 PWM峰值电流型控制原理图从图 2-6 上可以看到，电流控制是双闭环控制系统，外环由输出电压反馈电路是由电压外环控制，电流环，内环电流在每个开关周期的增加，直至达到设定误差电压阈值电压外环，电流环是瞬时快到每个周期脉冲电流取样，检测动态变化输出电感电流，电压外环只负责控制输出电压。因此，电流控制模式与电压控制模式更大的带宽，理论分析和试验，证明了电流模式控制有许多优点比电压模式控制。11第3章 LED 驱动电路的结构在第一章中有详细的说明设计和驱动应用环境和驱动电路设计需要考虑的各种基本模式，设计了一种驱动芯片使用电流模式脉宽调制控制降压结构。如第一章绪论，电流控制模式比电压控制模式相比具有更高的效率，更好的负载调整率和线性调整，因为是一个闭环系统，但也有更好的稳定性和更简单的设计方法。而使用降压途径是由于电池电压高于典型值12v，驱动所需的电压，所以需要驱动的降压拓扑。采用脉宽调制控制由于大功率照明等重负荷的条件下，效率高，电压调整率高，线性度高，低输出纹波。本文所设计的驱动芯片作为稳定的照明电光源，基本要求是在外界条件变化时保持稳定的亮度。从图1-2显示发光量基本与正向平均电流成线性关系，当流过LED正向平均电流增大，LED发光亮度是一个线性增加，所以控制LED亮度基本上是通过控制LED正向平均电流。图1-1给出的LED驱动在常温下I - V曲线，从图中可以看出在正向电压低于一个阈值，电流小，无光。当电压超过一定的阈值，电流与电压迅速增加，使LED的发光。通过控制电压的抗体可以控制电流的设备，从而控制LED亮度，但如果恒压源的驱动，和小的变化将造成较大变化的亮度，也会产生很大的变化，从而导致如果使用恒定电压驱动方式无法满足日常照明光源亮度稳定的要求，因此，要精确控制高功率LED亮度，驱动器的输出必须提供准确的恒定电流，使高功率LED一般采用恒定电流源驱动。3.1 LED 驱动电路的结构及简述经过之前的理论分析，LED 驱动芯片在本设计中的总体结构图如图 3-1所示：闽南理工学院毕业设计图3-1 LED驱动芯片总结构图Vin ： Vin 引脚连接外部电源，起到对 LED 驱动电路内部的控制电路和开关管输送电流的作用，SHDN ：SHDN 引脚是关闭整个驱动电路的，驱动电路工作启动在该引脚的电压升为2.5V 时。不使用的话则让引脚连到Vin。TR ：TR 是用来控制内部振荡器频率的。内部基准的缓冲输出由REF：REF 控制。调节 LED 电流的大小可把 REF 引脚连接至引脚Vadj ，也可以用一个电阻分压器在Vadj 引脚上产生一个较低的电压。接在放大器内部电压输入端的是Vadj：Vadj 引脚。将REF引脚与Vadj引脚连接，可以输出电流为1A。输出电流想要第一点的话，可以根据式 3-1 来设置Vadj 的电压：11.25ADJLEDVI AV= （3-1）接连接到地电位的引脚是GND：GND 。内部误差放大器由Vc ： Vc 决定输出。内部电路与CV 引脚是否连接由PWM：PWM 引脚控制。LED 的正极连接到LED：LED 引脚，利用电流检测电阻器的输出。OUT：OUT连接到输出电容器和电感器，利用电流检测电阻的输入。SW：SW 引脚接到续流二极管和电感器上，是内部电源开关的输出。LED驱动芯片在每个周期，反馈回路控制开关的峰值电流，并没有直接供电的开关占空比的方法。与电压控制模式，电流模式控制，改善系统的动态特性的循环，并提供逐周期电流限制。每个周期开始时，振荡器产生的低电压是用来连接内部开关。开关和外部电感电流的我开始增加，当电流超过某一水平所决定的简历引脚电压，电压比较器将RS触发器输出，从而切断开关。外部电感电流通过外部二极管，并开始下降。当收到一个低脉冲，周期重新开始。所以，简历引脚电容的电压控制通过电感电流和输出电流。内部错误放大器通过不断调整简历引脚电压调节输出电流。电压的Vadj引脚设置通过引脚电流调节器，通过1.25k电阻获得和Vadj成比例的电流，电流流过100欧姆的电阻。通用放大器是负责维护的简历引脚电压，建立通过0.1电阻和LED引脚电流。当0.1电阻上的电压降和电压下降到百相等，循环是在平衡的状态。3.2 PWM 发生器的控制逻辑图3-2 PWM逻辑控制信号发生器开关电源的对输出的调整是通过控制开关管导通和关断的占空比，因此作为整个芯片产生 PWM 调制信号的核心部分，控制逻辑直接决定了对开关管的 PWM调制实现方法。本芯片产生 PWM 调制信号的逻辑电路部分如图 3-2 所示。开关管控制逻辑主要有三个特点：一、开关是由振荡器的输出逻辑“0”触发；二、关闭由比较器输出逻辑“1”触发；三、如果振荡器的逻辑“1”之前，13闽南理工学院毕业设计该比较器输出逻辑“1”，然后开关，和输出的比较逻辑状态。因此，如果振荡器的频率，开关的脉宽调制信号的工作周期通常是由芯片电流控制回路，最大占空比的工作周期是由一个振荡器。3.3 工作状态工作状态分为三种：启动阶段状态、稳定工作状态、自动调节工作状态。 3.3.1 启动阶段启动期间， Vout 为低电压。想要调整管 Q2 正常运作要使Vout 具有足够的电压。所以设计了比较器在芯片内部，用来检测Vout ，当低于 2V 时，要强制为Vc 充电是通过一个二极管来达到的，让开关管工作，输出电容Cout从电感 L 上获得电压，当Vout 的电压升至 2V 的时候停止获得，这个时候调整关Q2的工作状态为正常。 3.3.2 稳定工作在 LED 驱动器稳定工作的过程中，一个周期的开始时刻，振荡器输出的低电压和Q的逻辑“0”经过或非门使开关管导通，开关电流通过电感L对输出电容Cout充电，电感电流LI 线性上升12。LED 上的电流同时流过 0.1 的采样电阻，采样电阻上的压降与基准电流通过 100电阻的压降进行比较，双方的压力差通过通用放大器，放大器的输出电流对电容充放电电容，电压的比较器反相输入端的基准电压，比较器的正输入开关电流采样后得到的电压与和正斜率补偿电压，当电压和过电压时电容器，比较器输出从低层次向高水平的营业额，是引发的输入端子是“1”，使“1”，所以问逻辑开关管的关闭12。在剩下的时间内，续流二极管导电，电感电流线性减小，输出电容法院继续提供电流12。理想情况下，在整个系统达到稳定的输出电压，电容器电容基本保持恒定，每个周期的流出的领导和我从电感电流等于。0.1电阻和100ohm电阻的压降等于电压保持恒定12。 3.3.3 自动调节状态系统的运行稳定，各项参数均在一个恒定值，处于平衡状态，如果一个参数或外部环境的变化，如参考电流调整或负载变化时，则系统稳定平衡状态的打破，但因为一个负反馈回路，系统会自动调整达到新的平衡。目前的参考源变小为例，介绍了调整过程。当电流基准减小，即流经 100电流减小，压降随之变小。电流在LED上没有马上改变，则电阻 0.1还继续维持原来的压降，导致GM 放大器从 C 上抽走电流，电容 C 上的电压下降，则比较器的翻转电平值降低，电源对开关提供的电流减小，这样电感 L 对输出电容15Cout 的平均充电电流也就减少了，最终使输出电容Cout对 LED 提供的电流减小到基准电流值，0.1 电阻和 100 电阻的压降相等，电容 C 的电压保持不变，系统稳定在新的平衡状态12。闽南理工学院毕业设计第4章 子模块的分析与设计4.1 RC 振荡器 4.1.1 典型的 RC 振荡电路我们使用了以下三个振荡器：振荡器，振荡器和振荡器。晶体振荡频率精度，但价格高；环形振荡器的布局面积大，振动频率高，但其稳定性不好；和振荡器具有成本低，没有电感，可调频率和电容电阻可以被集成到一个芯片次要优点，但精度不高，一般在1%至10%，对工艺参数和温度敏感，影响其工作电压频率。虽然振荡器有很多优点，但电路结构仍然是有限的，在许多苛刻的应用。振荡器仅能工作在较低的频率，这些限制使振荡器适合应用在低成本，低精度的应用，如音频发生器，报警，闪烁的灯光。虽然在某些要求精度在1%到10 %的振荡器的应用，取而代之的将是高价格的晶体振荡器，但其成本优势是非常明显的。大多数的振荡器使用电阻和电容的振荡周期的确定。振荡周期和大小是成正比的。然而，电阻电容的变化以及电路中放大器的延迟会显著改变振荡器的频率。高频开关模块的原理图如图7所示。图，是一个关键部分开关转换器和脉宽调制控制。单片机实现监控模块，通讯等。 图4-1 传统的RC振荡器17第4章 子模块的分析与设计典型的非对称多谐振荡器振荡器包括三逆变器与一二输入与非门，如图4.1所示，其中振荡器由非门I 1和逆变器碘，内容，和i1at一端的振动信号被添加，使非门输出电压的振动的转折点，使电路振动的。典型的非对称多谐振荡器振荡器包括三逆变器与一二输入与非门，如图4.1所示，其中振荡器由非门I 1和逆变器碘，内容，和i1at一端的振动信号被添加，使非门输出电压的振动的转折点，使电路振动的。逆变器i4role振荡波形整形和驱动器上。该振荡器周期为钢筋混凝土2.2rc稀土。这种振荡器是由逆变器。因为，所以转换阈值电压的电源电压敌敌畏变化很敏感，如敌敌畏变化，电源的噪声是直接添加到振荡信号，振荡频率如此不安。此外，工艺参数确定管手感值，和振荡频率和马鞍山手感值，使振荡频率由于过程中的变化。 4.1.2 高精度 RC 振荡电路鉴于振荡器的关键参数，直接影响到工艺参数和供电电压，导致缺少稳定性，因此基于比较器的振荡器电路被提出，图4-2电路，电容器恒流充电或放电就是通过比较器输出控制，电参考电压在电容极板电压间的变化在二一之间，从而产生振荡周而复始。该refv相连的三分压电阻，以减少的影响，电流源管阻力，可以产生参考电路的大小调整，通过电阻，具体原则在4.2节说明。图4-2 改进后的RC振荡器原理图4.2 基准电压源参考电压源系统中最重要的一个性能模块，在各种模拟电路具有非常广泛的应用。通常我们需要一个几乎是独立的温度，电源电压和参考过程工艺参数。目前较常用的参考源18技术参考齐纳和带隙参考，这里的设计参考了带隙基准。 4.2.1 带隙基准的原理 如果有相反的温度系数与适当的加权和，那么结果显示温度系数为0。例如，对于随温度变化向相反方向变化的V1 和V2 来说，我们选取1和 2使得,这样就得到了具有零温度系数的电压基准源Vref = 1 V1+ 2V2。因此，我们需要确定一个正温度系数和负温度系数的2种电压的半导体技术，各种参数的装置，一个双极晶体管的特性参数是证明有最好的重复性，并能提供一个正温度系数和负温度系数的严格定义的体积12。带隙基准源的 PTAT 部分由与电源无关的偏置电路和两个横截面积之比为n的 PNP 管构成12。假设 M1和 M2 是相同的 NMOS 管，M3 和 M4 为相同的 PMOS 管，形成一个回路，产生的电流与电源电压无关。因为 M3M4 栅源偏置电压相同，所以M3M4 的电流大小相等，要使 M1M2 的电流相等，则 M1M2 的栅源偏置电压要相等12。因为 M1M2 的栅电压的电位相同，所以源电压的电位也要相同，即Va = Vb，又因为流过 PNP 管的电流密度之比由横截面机之比n决定12。所以：因为 M5 和 M4 是相同的 PMOS 管，则：则输出的基准电压为： (4-5)考虑到在室温下BE3V 的温度系数为 -1.5 mV /C，Vt 在室温下的温度系数为+0.087 mV /C，为了设计出零温度系数12。选择：图4-3 典型的带隙基准源4.2.2启动电路在设计时参考电压也需要考虑的现象：当一个参考电路上电偏置电流为零，因为目前的繁殖特性，所有部门继续保持目前的一零，这会导致无限期关闭，无法获得所需的输出参考。因此，我们可以知道，一个参考电压电路可以稳定在不同的国家，因此我们需要摆脱零偏置电流的稳定状态。解决问题的基本思路是避免起始基准电路上电期间维持零偏置电流，可以提高启动模块实现以下功能：权力的参考电路提供从电源到地面，从而使偏置电流不为零，当参考电路形成一个偏置电流，起动模块不会造成任何影响。第4章 子模块的分析与设计图4-5 折叠式运算放大器的结构 启动电路的具体实现如图4-5中所示，在上电后，4R和6R 上流过的电流为零，因此 M15 的栅极和 M13 的源极为地电位，M15 导通后M14 和 M13 随后导通，M13 导通使得 M5M8 导通，M6 和 M8 导通使得 M1M4 导通。此时 Q1 管也导通，所以 M15 的源极电位为V be1 12。因为大电阻8R的负反馈作用显著，则Vs15丨Vthp丨+Vbe1，所以 M13 的栅压 Vg13 Vbe1+丨Vthp丨，M13 的源极约为2V，Vbe1+丨Vthp丨2+Vthn，所以 M13 关断，结束启动过程12。4.3 放大器 4.3.1 运算放大器在模拟电路中运算放大器是很非常核心的一部分，一般使用在反馈电路中。设计运算放大器未能达到通用设计，是因为放大器的参数互相牵制，这就造成放大器设计成一个多层面的优化问题。设计运算放大器，需要从开始认识到的参数之间的权衡，这一特点，最终需要在整体设计上综合考虑，因此我们必须满足每一个参数的适当的数值。4.3.1.1 运算放大器的基本结构由于差分放大器电源抑制高线性度等优良性能，基本上所有的放大器设计都是从最基本的差分放大器结构改进，才能在不同的环境中使用。性能参数是我们设计一个运算放大器首要考虑的，像一些常规特性，第一关注的有开环增益跟输出电压摆幅。是一个差分放大器的低频小信号增益，这里gm 为差分输入对的跨导，ron 和rop 分别为 NMOS和 PMOS 的等效输出电阻12。在电流为亚微米型条件下，很难超过 20的增益，高增益通过提高输出阻抗和输入对管的跨导，其中增加输出阻抗的方法就是采用共源共栅电路，其增益级约为。但是，这是减少输出摆幅和增长极为代价。级联运算放大器有2种电路结构，一个“套”级联运算放大器，另一种是“折叠”级联运算放大器。”折叠”级联运算放大器结构提出了“套”级联运算放大器的输出摆幅是有限的，在实际应用中，很难使输入和输出电路，但“折叠”级联运算放大器这一优势在大功率，低电压增益，降低频率和高费用的噪音。一个运算放大器输入对管的小信号电流流过直接输出阻抗，使电路增益限制在输入跨导和输出阻抗的产品，虽然这些电路级联结构，通过增加输出阻抗来提高增益，但限制的输出摆幅。在一些应用中，一级的级联运算放大器增益或输出摆幅不符合要求，我们发现两级运算放大器，可以实现高增益和高输出摆幅。 4.3.1.2 折叠式运放结构为了实现高的开环增益和高输出摆幅，放大器采用一二级结构，通常第一阶段主要提供高增益，二级大输出摆幅。由于设计中的运算放大器的输入电压范围是0.15顺序，输入电