基于低纹波、自适应电荷泵的LED驱动电路设计研究

论文摘要

白光LED驱动电路经常使用两种架构:基于电感的串联解决方案和基于电荷泵的并联解决方案。基于电感的解决方案效率较高,但存在体积大、成本高和电磁干扰强的缺点。基于电荷泵的解决方案不使用电感,具有电路简单、体积小、成本低和电磁干扰小等优点,是受欢迎的解决方案。本文首先分析了电荷泵的基本理论、重要参数、实现形式和控制模式,然后设计了一款基于无电压调节电荷泵的白光LED驱动电路,接着指出其缺点并对其进行了改进,设计了一款基于低纹波(线形模式)电荷泵的白光LED驱动电路,与基于无电压调节电荷泵的白光LED驱动电路相比,减小了模式转换时的LED电流过冲,与“Skip”模式电荷泵相比,具有较低的纹波。最后优化了模式选择电路,能根据负载LED的正向导通压降自动选择模式转换点,使系统尽可能工作在高效的1倍模式,与传统的固定模式转换点的电路相比,提高了效率。在子电路设计部分,介绍了几个典型子模块:带隙基准源、运算放大器、振荡器和模式选择电路,并给出了详细的仿真结果,达到了设计要求。其中基准源模块采用电流模式带隙基准源,与传统的带隙基准源相比,可灵活的获得多个不同大小的基准电压。最后运用HSPICE仿真软件对整体电路的功能和关键指标进行了仿真并给出了详细的仿真结果,达到了设计要求:能驱动4只并联白光LED,获得均匀的亮度;能根据电源电压和负载情况自动选择电荷泵工作在1倍模式或1.5倍模式;在模式转换时,LED电流没有大的过冲;利用1倍/1.5倍型自适应电荷泵和低压差电流调节器在整个电源电压范围内保持尽可能高的效率;工作在1MHz固定频率,外围元件只需4个1μF的陶瓷电容;利用一个外部电阻可以设置LED电流值;外接两个数字信号控制芯片开关并选择LED三级亮度中的一级;输入电压范围为2.7 V~5.5V。该芯片可为手机等便携式产品提供背光驱动。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 LED 驱动电路国内外研究现状和发展趋势
• 1.2 课题意义和价值
• 1.3 本课题要达到的目标
• 1.4 本文所做的工作
• 第二章 电荷泵原理与LED 驱动电路的整体架构设计
• 2.1 电荷泵的工作原理
• 2.1.1 电荷泵电路的基本理论
• 2.1.2 电荷泵重要参数
• 2.1.3 电荷泵实现形式
• 2.1.4 1.5 倍电荷泵控制模式
• 2.2 白光LED 驱动电路的整体架构设计
• 2.2.1 白光LED 的恒流驱动设计
• 2.2.2 基于无电压调节电荷泵的白光LED 驱动电路设计
• 2.2.3 基于低纹波电荷泵的白光LED 驱动电路设计
• 2.2.4 自适应电荷泵设计
• 第三章 子电路模块设计与仿真
• 3.1 带隙基准源
• 3.1.1 基本原理分析
• 3.1.2 具体电路设计
• 3.1.3 仿真结果与分析
• 3.2 运算放大器
• 3.2.1 具体电路设计
• 3.2.2 仿真结果与分析
• 3.3 振荡器
• 3.3.1 具体电路设计
• 3.3.2 仿真结果与分析
• 3.4 模式选择电路
• 3.4.1 固定模式转换点的模式选择电路
• 3.4.2 优化的1 倍/1.5 倍模式选择电路
• 3.4.3 优化的1.5 倍/1 倍模式选择电路
• 第四章 整体仿真与分析
• 4.1 启动和关断仿真与分析
• 4.2 数字调光仿真与分析
• 4.3 模式转换仿真与分析
• 4.4 纹波仿真与分析
• 4.5 死区时间仿真与分析
• 4.6 输入电流仿真与分析
• 4.7 效率仿真与分析
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 个人简历