一种电荷泵多通道恒流白光led驱动设计

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1、1．3论文组织架构本论文根据电荷泵恒流LED驱动设计的系统性能要求，设计完成了恒流驱动的三大核心部分。论文由以下章节组成：第一章．概述了LED驱动的在便携式产品中的运用，对比各驰动的特点，指出电荷泵恒流LED设计的优缺点。给出该类驱动的一般性能指标要求。第二章，简述电容充放电的工作原理，介绍电荷泵利用电容的倍压原理。据此划分出该驱动设计的系统模块，细分完善性能指标要求，给出设计要求指标和系统方框图。第三章，利用系统方框图，重点分析核心部分的设计，首先从电荷泵效率及功率管尺寸优化开始。据l倍和l_5倍工作模式不同下的等效电阻模型与效率的关系，利用数

2、学方法优化分析，完成电荷泵的功率管阵列设计。第四章．完成电荷泵功率管阵列优化后，主要研究1倍和1．i模式切换在电路上的实现。自适应模式转换是电荷泵恒流LED驱动设计的核心模块，它决定了整个系统能否正常工作．也决定了优化效率母后的成教。该部分主要通过擐低阴极电压的比较，分析选择l倍和15倍的转换闽值，设计控制状态机来控制模式转换。并利用已有的模式控制，增加pWM调光下的屏蔽信号，完成在P州调光下的模式转换。第五章，完成电流沉和电流源的设计，根据性能要求，通过电流沉的架构比较，选择出适合性能指标也符合系统架构要求的电流沉，完成电流沉的环路分析和设计。

3、再据电流沉的设计要求，分析设计完成6路电流源。第六章，通过建立与实际运用相同的测试平台，先利用硬件描述语言替代子模块电路，然后进行系统功能验证并根据性能指标要求做一定的调整，用VERILOGA目的是缩短设计迭代时间．快速验证系统设计的正确性，因为硬件描述语言仿真的速度是电路器件仿真速度的几个数量级。然后再将设计的真实电路替换硬件语言描述的子模块，在同样的测试平台下测试，验证真实电路是否满足性能指标要求。第七章，总结本论文完成的工作，指出需要改正的地方，展望将来要完成的工作。21电容充放电原理第二章电荷泵基本原理在无源器件里，电容和电感是最常用的两

4、种储能原件。通常，电容定义为其两端电压升高l伏所需的电量是1库仑，记为C=Q／C，其中C是电容，Q是电量，u是电容两端的电势差。电容大小表征了它储存电荷的能力，电容越大储存的电荷越多。对于理想电容，没有自身漏电和放电回路，电容里的电荷就会永久保存。它的另外一个特性就是电容两端的电压不会突变。下面我们通过分析电容的充放电来说明它的特性。1)电容充电分析让电容电荷增加有两种方法，一种是恒流充电，以恒流I给电容C充电：充电时间T，电容上得电量就是q=I*T，电容上的电压u=I*T／C，由此可见电容的特性．两端电压不会突变。恒流充电情况下，它的电压与充电

5、时间成正比，随时间增加而增加。另一种方法是恒压充电，如图l所示，假设充电初始电压为零，当开关KO闭合时．就有电流通过电源内阻Rs给电容cO充电，c0两端电压开始增加，如果时间足够长．到最后稳定后，电容两端的电压将接近V0，完成充电。图2一l电容充放电模型定量分析，当K0闭合后，由KVL定律可以得到P,SCO兰二+v=vO(2一1)曲解微分方程可以得到电容c0两端的电压v=vO(1一P，腰o、(2—2)当t=3RSCO时，通过2—2公式计算可以知道电容两端的电压达到v0的95％，当t大于5倍RSCO时，电容两端电压才接近vO，RSCO通常称为充电时

6、间常数T。2)电容放电分析类似于充电过程，放电也对应有恒流放电，以固定的电流I对电容放电。而另外一种如图2—1所示，充电开关KO断开后，放电开关K1闭合，此时电容c0就将通过负载电阻R0放电，如果闭合时间足够长，电容上储存的能量就将全部被负载电阻R0消耗掉。同样的道理，运用KVL定律可以得到微分方程在电子线路里，广泛的运用电容的充放电原理完成各种功能，如滤波，振荡器．倍压，反压，滤波，耦台等。倍压常用在便携式产品里．因为一般便携式产品是电池供电，电压不高于42V，而便携式产品里的器件对供电要求各不相同．经常需要5V的电压给器件供电，因此需要倍压。

7、另外既使是33v供电的器件．4．2V的电池供电，当电池放电后，电压下降，为了更有效的利用电池．延长电池使用时间，同样需要倍压的。圈2—2电容倍压模型图2—2给出了一种电容倍压模型，由电容的充放电原理知道，K0，Kl闭合时，v0将给电容c0充电：而当K3，K2闭合时，电容c0将对负载RL放电。如果开关K0，Kl，K2，K3控制信号是周期为T，占空比是0．5的周期信号，此时的VOUT将怎么变化，我们分三种情况分析。1)没有负载电容，电阻在周期信号相位(hA时，KO，K1闭合，K2，K3断开，电容开始充电，充电量VOCO。当相位为0B时，K3，K2闭合

8、，K0，Kl断开，电容两端电量为CO(VOUT--gO)．根据能量守恒，可以的到：VOCO=CO(VOUT—V0)(2一j)解得VOUT