24V电荷泵升压型半导体LED照明光源驱动芯片的设计

浙江大学
硕士学位论文
2.4V电荷泵升压型半导体LED照明光源驱动芯片的设计
姓名：高阳
申请学位级别：硕士
专业：微电子学与固体电子学
指导教师：朱大中;郭维
20070501
浙扛大学礤士学位论文第一章绪论
第二章电荷泵电路的结构及原理
２．１电荷泵电路的介绍
电荷泵（ｃｈａｒｇｅｐｕｍｐ）电路遥常又称为电容切换转换器（Ｓｗｉｔｃｈｅｄｃａｐａｃｉｔｏｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒ），包含二极管或切换开关与电容的切换网络，主要利用了电容两端电压差不会跳变的特性，它是一种常见的ＤＣ－ＤＣ电路，被广泛使用在白光ＬＥＤ升压型驱动中．
２．１．１电荷泵的主要应用领域
①电荷泵可用在白光ＬＥＤ照明驱动领域：
②用于ｍｅｍｏｒｙ上来产生编程和擦除电压，使其只需要单一的外部电源就可以实现读出、写入和擦除的全部操作：
③用于手机、ＤＳＣ、ＰＤＡ等携带式产品及ＬＣＤ背光驱动（图２．１）：
图２．１电荷泵用在手机等携带式设备上
④ＲＳ２３２电源、负电源调制：
⑤对不同的操作控制采用通过调节电荷泵稳压源的输出电压实现低功耗：
１４
渐江大学硕士学位论文第三章电荷泵电路的设计３．２时钟控制模块的设计与仿真
３．２．１振荡器
本电路设计的振荡器采用恒流充放电的环形振荡器产生占空比为５０％的矩形波。

电路图如图３．２所示，版图见图３．３。

主要包括启动电路、偏置电路、恒流充电部分、施密特触发器、倒相器的等．采用恒流源充放电。

减小频率随电源电压变化；中间一级倒相器用施密特触发器代替。

施密特触发器是常用的整形电路（结构如图３．２１所示），可用于波形变换、脉冲整形和脉冲鉴幅。

施密特触发器在性能上有两个重要的特点：输入信号从低电平上升到高电平的过程中与从高电平下降到低电平过程中对应的输入转换电平不同，有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压与负向阈值电压；在电路转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出波形的边沿很陡。

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图３．２振荡器的电路图
图３．３振荡器的版图
浙扛大学硕士学位论文第三章电荷泵电路的设计
％＝恸
‰＝警赫＝警哳＋（３－１４）因此只要通过调节电阻分压就可以得到想要的电压值。

同时运放将输入和
输出电路分开，也避免了多值电压产生电路的后续电路对基准电压源的影响。

３．４．１．４完整的基准电压源电路及仿真结果
如图（３．２８）为基准电压源的完整的结构，版图设计如图３．２９。

包含了以上介绍的启动电路，带隙基准电压产生电路，多值电压产生电路，最终得到所需的不受电源电压及环境温度影响的稳定的１．５Ｖ和２．５Ｖ的电压输出（图３．３０）。

图３．２８完整的带隙基准电压源的电路结构图３．２９带隙基准电压源的版图２，Ｗ—
１．Ｗ
浙江大学硕士学位论文第三章电荷泵电路的设计
通过运放ＯＰｌ，ＯＰ２的作用使得Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ．当Ｖｏｕｔ＞Ｖｒｅｆ时，误差电压被放大，使ＮＭＯＳ管的电流增大，ＰＭＯＳ管电流减小，负载电容放电，Ｖｏｕｔ减小，反之亦然。

从而保证Ｖｏｕｔ对Ｖｒｅｆ具有良好的跟随性．
具体的缓冲器电路如图３．３４，版图设计如图３．３５。

仿真结果如图３．３６，可见当输入电压小于３．６Ｖ范围内变化时，输出电压都具有良好的跟随性，符合设计的要求。

圈３．３４缓冲隔离电路图
图３．３５缓冲器的版图
图３．３６缓冲器随电源电压变化的输出的仿真波形
３．４．３运算放大器电路
运算放大器的作用主要是用来钳位，利用运算放大器的高频特性，希望其增益尽可能大，这样可以保证运放两个输入端的良好的跟随特性。

因此采用二级运放的形式，输入端采用ＰＭＯＳ差分对相比于ＮＭＯＳ具有更好的噪声抑制功能。

具体电路如图３．３７，版图设计如图３．３８
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圈３．３８二级运算放大器的版图设计。