基于高效电荷泵的新型白光LED驱动芯片设计

摘要

在便携式设备的液晶背光领域中，白光LED的应用十分广泛。为了适应单节锂电池的供电环境，同时减小电学参数离散性的影响以保证LED发光均匀，需要设计专用的驱动电路。近年来，在市场需求和技术革新的推动下，白光LED驱动芯片不断地朝着高效率、低噪声和灵活可控的方向发展。
　　本文设计了一种基于高效电荷泵的新型LED驱动芯片，由于采用固定开关频率的1.5倍线性模式电荷泵，提高了效率，降低了纹波和电磁干扰；同时集成了新型的LED驱动电路，提高了芯片的可控性，可通过单一引脚实现使能控制和32阶循环等比调光。
　　在系统设计部分，本文首先详细推导1.5倍线性模式电荷泵的主要指标，并进一步分析占空比的设定和电荷泵效率的改进措施；然后设计了一种可显著提高编程能力的LED驱动结构，分析相关子模块的设计参数，包括串行控制接口定义、调光电流比例、调光编码表以及电流模式DAC的位数，指出了提高亮度匹配度的相关措施；最后给出芯片的整体结构并介绍其工作过程。
　　本文主要介绍五个子模块的设计，详细阐述了工作原理、实现电路和容差仿真结果。其中振荡器输出600KHz占空比为1/3的方波，电流模式DAC将八位数字输入转换成电流输出，Trimming模块提供经过温度补偿的基准电流，串行控制接口SCI实现使能控制和调光阶数检测，而ROM代码转换电路则将调光阶数转换为DAC的输入代码。
　　在完成系统线路设计的基础上，作者结合工艺库仿真了整体功能以及关键的性能参数，结果表明新型LED驱动芯片达到了预定要求。

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第一章 引言

1.1 白光LED驱动方式概述

1.2 白光LED驱动芯片的现状和趋势

1.3 课题目标

1.4本文的工作

第二章 系统原理分析与设计

2.1 1.5倍线性模式电荷泵的原理分析

2.2 新型LED恒流驱动结构设计

2.3 整体结构

2.4 整体电路的工作过程

第三章 子电路设计与仿真

3.1 振荡器

3.2 电流模式DAC

3.3 Trimming模块

3.4 SCI接口电路

3.5 ROM代码转换电路

第四章 整体电路仿真

4.1 仿真线路与模型

4.2 启动与关断

4.3 调光控制

4.4 电荷泵效率

4.5 纹波

4.6 LED电流与温度的关系

4.7 线性调整能力

4.8 负载调整能力

4.9 整体仿真小结

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