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基于电荷泵的高效率白光LED驱动电路的设计和研究

作　者: 周剑
导　师: 方健
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: LED 电荷泵带隙基准源误差放大器
分类号: TP312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 2次
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内容摘要

近几年驱动白光LED的电源一直是电源管理IC市场的热点。白光LED驱动电路主要有两种结构:基于电容的电荷泵结构和基于电感的开关电源结构。两种结构各有其优劣。本文设计了一种基于电荷泵的高效率白光LED驱动电路。它采用电荷泵结构对输入电压进行升压变换,以可调节的恒定电流驱动并联的4只白光LED,并保持每个LED的亮度相同。该芯片主要应用于便携式电子产品,其输入电压范围为2.7～5.5V,工作频率为固定的1MHz,可大幅度降低输入纹波和EMI辐射,工作温度范围为-40℃～+85℃,可使用外部使能控制信号调节LED亮度及控制芯片关断与否,具有过温保护和输入欠压关断保护功能,完全关断模式下关断电流可低至0.1μA,具有软启动功能以限制启动时的浪涌电流。与传统的单一转换模式的电荷泵结构不同,本文采用了1倍/1.5倍分数型自适应电荷泵技术,可随输入电压的变化自行转换工作模式;采用低压差电流调节器使LED阴极最小调节电压仅为0.15V,使电荷泵更多地工作在效率更高的1倍模式。这种结构大大提高了电荷泵的效率,延长了电池的使用时间。作者首先根据功能要求分析了电路的系统原理,设计了整体结构,按照功能进行了子模块划分。接着介绍了电荷泵的基本理论,分析了自适应1倍/1.5倍模式电荷泵的电路结构及其工作原理,重点是1.5倍模式的升压原理以及对输出电压的线性调节。在子电路设计部分,作者主要负责以下几个典型模块:基准源、误差放大器以及热关断保护模块,其中基准源产生多个基准电压,误差放大器在1.5倍模式时反馈调节输出电压,以维持LED亮度,热关断保护模块在温度过高时关断芯片实施保护作用。在完成电路原理分析与电路设计的基础之上,作者应用仿真软件HSPICE对子模块和整体电路进行了功能特性及关键参数仿真,仿真结果达到了预定要求,验证了理论分析的正确性和设计的可行性。

全文目录

第一章引言  9-13
  1.1 国内外研究现状和发展态势  9-12
  1.2 本课题的目标  12
  1.3 本文所做的工作  12-13
第二章电路整体结构分析与设计  13-25
  2.1 系统原理分析  13-16
  2.2 整体结构设计  16-18
  2.3 电荷泵基本理论  18-19
  2.4 电荷泵工作原理  19-25
第三章子电路设计与仿真  25-52
  3.1 基准电压源  25-32
    3.1.1 带隙基准电压源原理简介  25-26
    3.1.2 基本电路分析和设计  26-28
    3.1.3 实际电路分析和设计  28-31
    3.1.4 仿真结果及分析  31-32
  3.2 误差放大器  32-47
    3.2.1 主体架构分析和设计  33-34
    3.2.2 EA1 的分析与设计  34-37
    3.2.3 EA2 的分析与设计  37-41
    3.2.4 仿真结果及分析  41-47
  3.3 热关断保护  47-52
    3.3.1 电路分析和设计  47-49
      3.3.1.1 原理分析  47-48
      3.3.1.2 等效电路分析与设计  48-49
      3.3.1.3 迟滞效应的实现  49
    3.3.2 仿真结果及分析  49-52
第四章整体仿真  52-59
  4.1 1 倍模式典型波形  52
  4.2 1.5 倍模式典型波形  52-53
  4.3 LED 电流与外接电阻的关系  53-54
  4.4 LED 电流与电源电压的关系  54-55
  4.5 系统功能  55-56
  4.6 效率  56-57
  4.7 整体指标  57-59
第五章结论  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-63
攻硕期间取得的研究成果  63-64
个人简历  64

基于电荷泵的高效率白光LED驱动电路的设计和研究

内容摘要

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