一种用于白光LED驱动的电荷泵电路设计 (2)

　　(1) ROM与恒流源

　　白光LED的亮度和通过它的电流成正比。本设计采用并联恒流源的方式，最大输出为20 mA，亮度分为32个等级。如图7所示。ROM总共为8块，组成32×8 bit容量。恒流源由PMOS管组成，由电荷泵输出的5 V电源供电，每个恒流源icell电流为19.6μA。恒流源具有使能端，根据ROM中的数据决定该恒流源是否有效，其中ROM输出“0”为该恒流源有效，“1”为该恒流源无效。

　　以第5级亮度为例，如图8所示，EN／SET端输入5个脉冲后保持高电平，经过减数计数器计数输出Q4～Q0数据为“11011”，ROM输出×7～×0数据为“11110100”，即×3，×1，×0所接恒流源有效。输出电流为：

　　icell×32+icell×8+icell×4=0.863 mA

　　表1列出了32级调光×7～×0的数据及对应输出电流。

　　数字调光部分的仿真波形如图9所示，32个脉冲为一个循环。

　　(2) 数字延时

　　本设计设置了如下功能，如果EN端输入低电平时间超过480 us，则装置关闭。其原理如图10所示，其中IN为EN进行脉冲整形后得到的波形，时序与EN相同。IN端输入高电平时，PMOS管M3导通，VDD对C1进行充电，使NMOS管M5导通，施密特触发器输入被拉低，OUT端输出低电平，芯片正常工作。当IN端输入低电平时，M3截止，C1通过电流源M2进行放电，使M5截止，施密特触发器输入被拉高，OUT端输出高电平。放电时问由C1的电容值和放电电流决定。仿真波形如图11所示。在IN端输入低电平超过478 μs后，OUT端输处高电平，使芯片关闭。

3 振荡器

　　本文设计一个600 kHz定频率电流控制振荡器，原理如图12，首先假设Q端为“0”，则PMOS管M1导通，电流源通过M1向C1充电，同时PMOS管M3导通，R1无效，此时比较器反相端电压VTH=VDD-R2I3，等C1两端电压略大于VTH时，比较器输出高电平，使Q端变为“1”，C1通过NMOS管M2进行放电，同时M3截止，R1与R2串联，此时比较器反相端电压VTL=VDD-(R1+R2)I3，等到C1两端电压略小于VTL时，比较器输出又发生翻转，周而复始。波形通过4个反相器的整形，输出600 kHz的方波。设I1为充电电流，I2为放电电流，T1为充电周期，T2为放电周期，则振荡器的频率为：

　　调节充放电电流，使I1=I2=IC，则振荡频率可表示为：

　　式中：IC为充放电电流。图13为振荡器输出及C1电容上的电压仿真波形。

　　该电荷泵还包括带隙基准电路，温度保护电路，软启动电路等等，限于篇幅，在此不作累述。

4 结 论

　　本文设计了一个用于白光LED驱动的电流型电荷泵，周边只使用3个小的陶瓷电容器，可驱动4个白光LED，单路最大输出电流20 mA。与电压型电荷泵相比，不同LED之间亮度匹配较好，由于不需要镇流电阻，因此节省了面积。电路采用1.5×分数倍频模式，效率可达93％。具有32级数字调光功能，可以满足不同需要。根据CSMC 0.6 μm工艺，通过Cadence Spectre软件进行了仿真，仿真结果表明，该电路满足设计要求，具有较广阔的应用前景。