论文部分内容阅读
电源管理芯片市场正在世界范围、特别是中国国内快速成长,其中背光用白光LED驱动芯片正成为增长最快的电源管理芯片之一。随着白光LED发光效率的越来越高和成本的逐步降低,其应用也越来越广泛,主要包括了屏幕背光、大功率照明、信号指示等用途。在屏幕背光方面,已广泛应用于手机、MP4、数码相机和手提电脑等便携式电子产品。由于屏幕背光需要白光LED发光均匀、亮度充足,以及白光LED本身正向导通电压高和电学参数离散性大等特性的存在,因此对相应的白光LED驱动芯片提出了较高要求。本文设计一款PWM电流控制模式的DC-DC升压驱动芯片,可广泛应用于手机、MP4、手提电脑等便携式电子产品的白光LED背光驱动。芯片采用双反馈环的控制方式,在3～6V的宽输入电压范围内,恒定输出20mA电流,可稳定驱动3个串联白光LED,极限情况下可混联驱动3组串联白光LED。芯片集成了大功率开关管、750kHz环形振荡器、PWM比较器、带隙基准电压源、多值偏置电压产生电路、误差放大器、过压保护电路和过温保护电路等。搭配电感和电容等少量外围器件,即可对白光LED驱动供电。并可通过外围应用电路,实现软启动、PWM调光等功能。芯片采用无锡上华(CSMC)的标准0.5μm两层多晶硅、三层金属CMOS工艺。论文介绍了白光LED的应用前景,各种白光LED驱动芯片技术的国内外发展动态。阐述PWM峰值电流模式开关电源的基本结构、工作原理及其优缺点,提出了本文设计芯片的具体目标。在芯片总体结构设计和子模块的划分部分,利用Cadence软件完成各个子模块的参数设计、仿真验证等工作,重点分析了其中的带隙基准电压源、环形振荡器和斜坡补偿电路等。结合所选取的外围器件,对整体芯片进行了稳态性能、瞬态性能等仿真,以保证各个工艺角下、不同输入电压时芯片都能够达到设计要求。仿真结果表明,在典型应用条件、不同输入电压范围、不同工艺角下,芯片启动时间在300μs以内达到稳定输出,输出电流恒定,纹波值波动范围在2%以下,最大可混联驱动3组串联白光LED,20～60mA驱动电流范围内电源转换效率达68%以上。最后,利用Cadence的Virtuoso Layout Editor版图工具完成整体芯片版图绘制,利用Assura版图验证工具完成各个子模块的DRC、LVS验证。