基于电荷泵的白光LED驱动芯片设计

发布时间：2020-05-05 15:14

【摘要】： 白光LED驱动芯片在保障白光LED器件稳定工作方面具有重要作用,随着白光LED器件的广泛应用,白光LED驱动芯片将具有广阔的发展前景。目前国内白光LED驱动芯片主要依赖进口,因此设计开发具有自主知识产权的白光LED驱动芯片具有重要的现实意义。本文设计了一种基于电荷泵的白光LED驱动芯片,采用CSMC 0.6μm标准工艺完成整体电路的版图设计并生成可供芯片加工厂商流片用的GDSII标准文件。该驱动芯片的核心电路模块包括电荷泵电路模块、多电压值偏置电路、基准源、误差放大器、欠压保护以及过温保护模块等。 电荷泵电路模块是白光LED驱动芯片设计的关键。本文以1倍或1.5倍自适应电荷泵升压技术为基础,采用特殊衬底接法,使设计芯片技术参数和性能有了大幅度提高。仿真实验结果表明,电荷泵输出纹波小于10mV,与现有白光LED驱动芯片相比具有更强的稳定性。基准源产生的基准电压值亦具有非常强的稳定性,在-55℃到125℃范围内输出电压变化量为±1.5mV,温度系数为6.87 ppm/℃。欠压保护模块的关断阈值电压为2.35V,可以在电压过低的情况下关断芯片,从而防止电源过度放电,实现保护电源的功能。设计芯片的开关器件尺寸较大,因此将过温保护模块的热关断阈值设置在150℃,温度超过150℃时关断芯片,实施保护。该芯片通过自适应性电荷泵结构,采用特殊衬底接法,对输入电压进行升压变换。通过自适应调节保证6只并联白光LED器件的输入电流恒定,从而使每个LED器件的发光亮度相同。该设计芯片主要面向便携式电子产品,输入电压范围为2.7～4.5 V,工作频率为1MHz,正常工作温度范围为-40～+85℃,芯片完全关断模式下关断电流可低至1μA。 芯片全部电路图和版图均在工业界普遍使用的CADENCE设计工具中完成,各个子模块和整体电路的布局都进行了优化,并通过设计规则检查(DRC)、电路图与版图匹对(LVS)等验证工具的验证,保证了版图设计的正确性和可靠性。
【图文】：

因此转换效率(PLED/PBATT)低，此外它对电流的控制也不够精确。图1-1 中所示串连 LED 架构的优点：是在任何情况下流过各个 LED 的电流都相等，保证了良好的电流匹配度；通过对 LED 电流的反馈调节可获得较好的电流精确度，而使其不受白光 LED 正向导通压降变化的影响；采用开关电源保证了高的转换效率；

图 1-2 白光 LED 并联架构示意图Fig.1-2 Schematic structure of parallel white LED LED 驱动电路不需要电感，只需要几个外体积小，成本低，电磁干扰低。电荷泵型要驱动多个白光 LED 的电路来说，，受到正联架构。如果设计中采用恒压驱动方式，导致各个 LED 上的电流大小不一致，即电的非线性 V-I 特性也会导致 ILED不稳定。匀，需要通过各种电流调节技术对其进行用一个电流源调节 LED 总电流，每个 LE结构的电路较简单，镇流电阻也可大大减光 LED 时可以获得较好的电流匹配性。但精确，镇流电阻的存在还是会消耗功率，来说，体积的小型化和功能的多样化发展
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN312.8

【参考文献】

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本文编号：2650349