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高性能白光LED驱动电荷泵DC-DC设计技术研究

李先锐  
【摘要】: LED技术的发展已引起国内外光源界的普遍关注,被公认为是21世纪最具有发展前景的高新技术领域之一。因此对LED集成驱动及性能改善也随之进入人们的视野。本文着力于高性能白光LED驱动及其电荷泵DC-DC电源的设计技术研究,并解决相关技术难题。研究成果包括: 1、高精度可控LED恒流驱动电路 为了提高LED驱动输出电流的精度及效率,提出了一种新的可控的LED恒流驱动电路结构。通过外接电阻、使能端的控制和高精度带隙基准在LED恒流驱动集成电路内部产生了三个可控的低电压基准,其中最小的基准电压为73mV左右,将镇流电阻降至欧姆级,提高了LED驱动的效率。基准电压为几十毫伏时,就不能忽略失调对输出电流的影响,为解决此问题,提高输出电流的精度,在研究消除失调技术的基础上,在可控的LED恒流驱动电路中,采用自动调零运算放大器减小失调的方法,减小了失调对输出电流的影响,提高控制输出电流的精度,降低了驱动电流对工艺的敏感程度。 2、大电流、低噪声电荷泵DC-DC 通常电荷泵会产生大的峰值输入电流,引起低频噪声。采用电流模控制会有所改善,但是一般的电流模控制是电压控制充放电电流,影响驱动能力。本文提出了一种电流控制电流电荷泵电路,它利用跨导运算放大器的输出电流控制由电流镜和反相器构成的电流源,代替调节电阻和开关,实现输入电流的连续,减小了电荷泵的输入噪声及输出电压纹波,同时提高了电荷泵的驱动能力。 3、高效率自适应电荷泵LED驱动电路 针对现有的自适应电荷泵采用MOSFET的栅源电压和敏感二极管检测最大漏失压降的技术方案中,当MOSFET在线性区时无法检测漏失电压且二极管对温度敏感的缺点,本文提出了一种新的直接检测漏失电压,并利用数字电路代替二极管检测最大漏失压降的高效率自适应电荷泵LED驱动电路。该电路通过电压外环和电流内环的自适应调整,电压外环完成电荷泵的多模式自适应转换,电流内环保证电荷泵的稳定输出,利用双反馈环路,稳定电荷泵LED驱动。 4、亚阈值低功耗电压基准源 随着深亚微米工艺的进步,器件尺寸的缩小,以及电源电压的降低,静态功耗对电路总功耗的贡献也在日益增加。基于此,以基准电路为研究对象,对MOSFET工作于非传统工作区做了探索性的工作,在原有的低功耗带隙基准电路基础上,设计了一种改进的亚阀值CMOS基准源电路。仿真结果表明,和原有电路的技术指标相比,该电路尽管最小工作电压有所增加,但静态电流明显降低,且温漂系数、电源抑制比、电压调整率等指标显著提高,能更好地满足工程应用需求。


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