專利名稱：一種自適應模式切換的電荷泵型led驅(qū)動電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及LED驅(qū)動技術領域，尤其涉及一種自適應模式切換的電荷泵型 LED驅(qū)動電路。
背景技術：
LED作為一種新興的光源，有著其獨特的優(yōu)勢，近年來得到了廣泛的應用。尤其是它具有節(jié)能、壽命長的優(yōu)點，在便攜式電子產(chǎn)品的背光應用方面得到了普及。由于便攜式電子產(chǎn)品(如手機，MID，MP3，MP4等)大部分采用鋰電池供電，電池的續(xù)航能力是整個系統(tǒng)的重要指標之一。然而，便攜式電子產(chǎn)品的背光處理是整個系統(tǒng)中功耗相對較大的模塊之一， 其性能直接影響整個系統(tǒng)的續(xù)航能力。一般情況下，鋰電池充滿電后，電壓在4. 2V左右，完全放電后，電壓在2. 8V左右；LED的正向壓降VF約為2. 5-4. 5V，存在較大的制造公差，且隨溫度和流過LED的電流變化而變化。近年來隨著工藝的改進，盡管制造公差呈下降趨勢，但應用時還是一項需要重點考慮的指標，其變化范圍很大程度限制整個系統(tǒng)的性能指標。根據(jù)LCD屏幕尺寸劃分，一般情況下，3英寸以下的LCD屏需要4顆LED做背光源，3英寸以上的LCD屏需要6顆以上的LED來做背光源。為此，實際應用中按電壓變換的方式主要分為兩種驅(qū)動方案，一種是基于電感升壓型(B00ST)DC/DC，所有LED串聯(lián)使用；另一種是基于電容升壓電荷泵(Charge Pump)型，LED并聯(lián)使用。串聯(lián)LED驅(qū)動的方式優(yōu)點在于效率高，各LED的電流匹配度高。但在系統(tǒng)中需要采用電感元件，其開關工作方式存在電磁干擾(EMI)問題，會對手機等移動通信設備的接收靈敏度帶來很大的影響，且占PCB面積較大。另一方面，LED串聯(lián)使用，容易出現(xiàn)開路現(xiàn)象，一顆LED損壞導致整個方案失效。并聯(lián)LED驅(qū)動電路，由于是采用電容的電荷泵升壓原理，它對電源形成的干擾遠小于串聯(lián)驅(qū)動電路，而且僅使用陶瓷電容就可以完成升壓過程，占用PCB面積相對較小。另一方面，LED并聯(lián)使用，彼此亮度控制獨立，其中一路損壞不會影響其他幾路的工作。但是， 電荷泵型升壓電路在輸出電壓和輸入電壓差異較大時，轉(zhuǎn)換效率不夠高。所以，電荷泵電路的效率問題是其應用中的一個制約，是并聯(lián)型LED驅(qū)動電路設計中的一個關鍵問題。如何提高在低電源電壓下電荷泵的轉(zhuǎn)換效率，讓便攜式產(chǎn)品的背光更加節(jié)能，是LED技術的研究方向之一。請參考圖1，圖1為傳統(tǒng)的電荷泵型并聯(lián)LED驅(qū)動芯片原理圖，如圖1所示，傳統(tǒng)的電荷泵型并聯(lián)LED驅(qū)動芯片包括電荷泵1、電流控制模塊2、模式控制電路3、運算放大器和控制邏輯電路4。電荷泵1 一般會提供兩種工作模式，線性穩(wěn)壓器(LDO)模式和電荷泵(CHARGE PUMP)模式。在線性穩(wěn)壓模式下，電壓轉(zhuǎn)換電路101的輸出電壓即為電源電壓 (Vbatteky)，稱為IX工作模式。在電荷泵模式下，電壓轉(zhuǎn)換電路101升壓至1. 5倍電源電壓， 稱為1.5X工作模式。通常電路根據(jù)負載所要求的驅(qū)動能力，會在兩種工作模式問切換。設模式切換點為Vth，則Vth = Vdeopi+VDE0F2+VLED (1)[0007]其中，V_P1為芯片工作在IX模式下，內(nèi)部驅(qū)動晶體管所要求的最小壓差，該電壓一般在200mV左右；Vdkqp2為芯片內(nèi)部電流控制模塊102的壓降，一般也需要200mV左右；V· 為LED的正向?qū)▔航?。當電源電?Vbatteky)大于等于Vth時，電路工作在IX模式。此時，電路的轉(zhuǎn)換效率為EFFix = VLED/VBATTEEY (2)隨著電池電壓的逐漸下降或其它條件的改變，IX模式的條件不滿足，電壓轉(zhuǎn)換電路101工作在1. 5X工作模式。這種情況下效率可以計算為， EFF1.5X = Vled/ (1.5X VBAraKY) (3)由此可見，LED導通電壓相對固定，電荷泵1工作在1. 5X模式下將產(chǎn)生較大的無用功耗，且電荷泵1工作倍數(shù)越高，系統(tǒng)產(chǎn)生的無用功耗越大。為了保證高的轉(zhuǎn)換效率，電荷泵1應盡可能的工作在IX工作模式。因此，根據(jù)負載(LED)特性和電源電壓工作點來選取合適的工作模式成為提高效率的關鍵。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，以提系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換效率。為解決上述問題，本實用新型提出一種自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，包括電荷泵，其輸入端與電源相連，輸出端與多個并聯(lián)的LED相連；電流控制模塊，其一端與一控制邏輯電路相連，另一端與所述LED分別相連；模式控制電路，其第一端與所述控制邏輯電路相連，第二端與所述LED分別相連， 第三端接在所述電源與所述電荷泵之間；其中，所述電荷泵為一四模式電荷泵；且所述自適應模式切換的電荷泵型LED背光驅(qū)動芯片還包括一反饋控制環(huán)路，所述模式控制電路的第三端通過所述反饋控制環(huán)路接在所述電源與所述電荷泵之間，控制所述電荷泵的電壓轉(zhuǎn)換模式?？蛇x的，所述反饋控制環(huán)路包括一運算放大器及一可變電阻，所述可變電阻接在所述電源與所述電荷泵之間；所述運算放大器的負輸入端與所述模式控制電路的第三端相連，其正輸入端與一參考電壓相連，其輸出端與所述可變電阻的控制端相連?？蛇x的，所述運算放大器的開環(huán)增益大于40dB?？蛇x的，所述電流控制模塊上的電壓為200 400mV之間?？蛇x的，所述四模式電荷泵的電壓轉(zhuǎn)換模式包括1倍模式，1. 33倍模式，1. 5倍模式及2倍模式?？蛇x的，所述電源為鋰電池。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路， 其電荷泵為四模式電荷泵，可以提供四種自適應切換的工作模式，從而使LED驅(qū)動電路在整個電源工作電壓范圍內(nèi)均能維持較高的轉(zhuǎn)換效率。


4[0025]圖1為傳統(tǒng)的電荷泵型并聯(lián)LED驅(qū)動芯片原理圖；圖2為本實用新型實施例提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型提供的電荷泵工作模式的控制方案原理圖；圖4為本實用新型提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路中的電流控制模塊的電流控制原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型提出的自適應模式切換的電荷泵型LED 驅(qū)動電路作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本實用新型的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。本實用新型的核心思想在于，提供一種自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括電荷泵、電流控制模塊、模式控制電路以及反饋控制環(huán)路；其中，所述電荷泵為一四模式電荷泵；所述模式控制電路通過所述反饋控制環(huán)路接在所述電源與所述電荷泵之間，控制所述電荷泵的電壓轉(zhuǎn)換模式；由于在同樣應用條件下，本實用新型所提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，其電荷泵的工作模式能根據(jù)LED的導通壓降和電源電壓條件自適應地分成四段，從而保證芯片在各個工作模式下，在電源的整個工作電壓范圍內(nèi)維持較高的轉(zhuǎn)換效率。請參考圖2，圖2為本實用新型實施例提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本發(fā)明實施例提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路包括電荷泵101，其輸入端與電源Vbatteky相連，輸出端與多個并聯(lián)的LED相連；電流控制模塊102，其一端與一控制邏輯電路103相連，另一端與所述LED分別相連；模式控制電路104，其第一端與所述控制邏輯電路103相連，第二端與所述LED分別相連，第三端接在所述電源Vbatteky與所述電荷泵101之間；其中，所述電荷泵101為一四模式電荷泵；且所述自適應模式切換的電荷泵型LED 背光驅(qū)動芯片還包括一反饋控制環(huán)路，所述模式控制電路104的第三端通過所述反饋控制環(huán)路接在所述電源Vbatteky與所述電荷泵101之間，控制所述電荷泵101的電壓轉(zhuǎn)換模式，從而使得所述電荷泵101的輸出電壓能足夠驅(qū)動所述LED。進一步地，所述反饋控制環(huán)路包括一運算放大器EA及一可變電阻&，所述可變電阻&接在所述電源Vbatteky與所述電荷泵101之間；所述運算放大器EA的負輸入端與所述模式控制電路104的第三端相連，其正輸入端與一參考電壓Vkef相連，其輸出端與所述可變電阻&的控制端相連。電流控制模塊102上的電壓V_P2與所述參考電壓Vkef的差值通過該運算放大器EA放大，進一步控制所述可變電阻&流過的電流，調(diào)整后的電流經(jīng)過所述電荷泵101，所述電荷泵101根據(jù)所述電流的大小調(diào)整其輸出電壓，所述輸出電壓經(jīng)過LED和模式控制電路104反饋到所述運算放大器EA的負輸入端，確保電流控制模塊102上的電壓降\胃2與參考電壓Vkef值相等。因此，所述電荷泵101的輸出電壓不是一個固定值，而是由V_P2和LED的正向壓降V·來確定的，從而避免了電荷泵101輸出電壓過高帶來的其他風險。進一步地，所述運算放大器EA的開環(huán)增益大于40dB ；所述電流控制模塊102上的電壓為200 400mV之間。進一步地，所述四模式電荷泵的電壓轉(zhuǎn)換模式包括1倍模式，1. 33倍模式，1. 5倍模式及2倍模式。進一步地，所述電源Vbatteky為鋰電池。其中，本實用新型提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路的切換方式如下根據(jù)模式切換點為Vth的計算公式Vth = VDK。P1+Vd臓+Vled當電源電壓(Vbatteky)大于等于Vth時，電路工作在IX模式。通過模式切換電壓Vth 根據(jù)負載LED特性自適應變化，實現(xiàn)了 IX模式切換的自適應控制。為了更好地說明模式切換方式，圖3示出了本實用新型中電荷泵工作模式的一個具體控制方案實例。其中，包括一最小選擇電路(MIN DET&MUX)和兩個比較器(C0MP1、C0MP》。每路LED陰極端的電壓通過最小選擇電路選出最低電壓，該最低電壓\EDx與一參考電壓Vkefi比較，如果Vmix < Veefi,則先進入1.33X模式。經(jīng)過一段時間延遲(通常100開關周期以上)后，如果還是存在Vmix < VKEF1，則進入ι. 5X模式，依次類推；1. 5X模式到2X模式也是按照這樣的規(guī)則執(zhí)行。當Vqut上升到足夠高，可以直接驅(qū)動設定電流的LED時，Vdkqp2也上升到200mV左右，則電荷泵的輸出電壓由LED中最大的正向電壓決定。此時，Vott = VKEF+V—，運算放大器EA所構(gòu)成的控制環(huán)路起主要反饋作用。另一方面，最小LED端電壓同時與另一參考電壓Vkef2比較，當其中某路LED開路時，在芯片LEDx管腳上的電壓低于參考電壓Vkef2，模式控制電路將該路LED選擇出來并將其關閉，以減小自身功耗。這樣同時滿足了客戶靈活選用LED數(shù)量的需求，又不會浪費額外的電流。關于本實用新型提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路中的電流控制模塊102的電流控制原理請參考圖4，在本實用新型的一個具體實施例中，所述電流控制模塊102為一低壓差高精度電流鏡，包括3個N型MOSFET (MNUMN2和MN3)，一個運算放大器 AMP。其中，運算放大器AMP的增益在40dB以上。參考電流IREF經(jīng)過麗2和麗3放大K倍， K值由麗2和麗3的幾何尺寸確定，即
權(quán)利要求1.一種自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，包括電荷泵，其輸入端與電源相連，輸出端與多個并聯(lián)的LED相連；電流控制模塊，其一端與一控制邏輯電路相連，另一端與所述LED分別相連；模式控制電路，其第一端與所述控制邏輯電路相連，第二端與所述LED分別相連，第三端接在所述電源與所述電荷泵之間；其特征在于，所述電荷泵為一四模式電荷泵；且所述自適應模式切換的電荷泵型LED 背光驅(qū)動芯片還包括一反饋控制環(huán)路，所述模式控制電路的第三端通過所述反饋控制環(huán)路接在所述電源與所述電荷泵之間，控制所述電荷泵的電壓轉(zhuǎn)換模式。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，其特征在于，所述反饋控制環(huán)路包括一運算放大器及一可變電阻，所述可變電阻接在所述電源與所述電荷泵之間；所述運算放大器的負輸入端與所述模式控制電路的第三端相連，其正輸入端與一參考電壓相連，其輸出端與所述可變電阻的控制端相連。
3.如權(quán)利要求2所述的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，其特征在于，所述運算放大器的開環(huán)增益大于40dB。
4.如權(quán)利要求2所述的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，其特征在于，所述電流控制模塊上的電壓為200 400mV之間。
5.如權(quán)利要求1所述的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，其特征在于，所述四模式電荷泵的電壓轉(zhuǎn)換模式包括1倍模式，1. 33倍模式，1. 5倍模式及2倍模式。
6.如權(quán)利要求1所述的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，其特征在于，所述電源為鋰電池。
專利摘要本實用新型公開了一種自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路包括電荷泵、電流控制模塊、模式控制電路以及反饋控制環(huán)路；其中，所述電荷泵為一四模式電荷泵；所述模式控制電路通過所述反饋控制環(huán)路接在所述電源與所述電荷泵之間，控制所述電荷泵的電壓轉(zhuǎn)換模式；由于在同樣應用條件下，本實用新型所提供的自適應模式切換的電荷泵型LED驅(qū)動電路，其電荷泵的工作模式能根據(jù)LED的導通壓降和電源電壓條件自適應地分成四段，從而保證芯片在各個工作模式下，在電源的整個工作電壓范圍內(nèi)維持較高的轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H05B37/02GK202168257SQ20112028154
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者陳友福, 龍朝暉 申請人:深圳市瑞信集成電路有限公司