翻译1

∆V
REF
，从而将
图 3 OCC 工作模式的流程图
在升压型 WLED 的驱动电路当中， 保护电路非常重要。 WLED 失效将会使VFB 为 0， 驱动电路将会持续升高VOUT 直到电流能够损坏电感或者电压能过破坏驱动 器。驱动电路应防止过度放电，因为他会损坏锂离子电池。三种使用在驱动电路 中的保护电路将会外围器件和驱动电路本身。 如图 4 所示，过流保护（OCP）通过感应通过电阻R S 的电压来完成的；也就 是说，在图 2 中功率管 NMOS 和电感的电流。检测电压转换成一个附加的斜坡 补偿的电流，以保证稳定的驱动程序。过流保护设置到 2A。如果电感中的电流 大于 2A，PWM 控制器将会停止打开，从而就没有电流流过。
如图 10 所示，无负载的条件下测量过压保护的功能。在无负载的条件下， 立即断开 WLED 稳定的工作状态会改变。尽管过流保护电路减慢了VOUT 的升高， 但是开环负载将会使的驱动器持续升高到VOUT 到一个不能接受的值。 当VOUT 高于 50V 时，过压保护电路检测到过压的状态，会让 PWM 控制器停止升高VOUT 。这 个过压保护的状态将会被锁存，直到激活信号复位。
图２ 升压型白光 LED 驱动电路的框图
升压型 WLED 驱动电路设计引进了一种峰值电流 DC-DC 模式转换器的架构。 采用零点消除技术来维持系统的稳定性， 零点消除技术是采用差分放大器和斜坡 补偿技术。电流传感放大器检测电感电流斜坡补偿。为了确保功能正常，由开启 信号来控制功能模块的开启序列。 图 3 显示了 OCC 的工作模式。OCC 工作模式最初禁止 PWM 控制器使用，并 且驱动电路也不会升高VOUT 。所有的 EA 输入在此刻都是与VREF 有关。由于输入 失调电压存在于 EA 的输入之间，所以VIN = VOFF + VREF 。EA 电压的工作像是一 个比较器，所以 EA 的输出表示VOFF 或正或负。如果检测到负的VOFF ，OCC 将增 加∆V到VREF ，反之亦然。这项工作一直持续，直到 EA 的输出改变。在 OCC 工作 模式之后，EA 的输出将转换到正常的配置；也就是说，正输入和负输入分别都 与VREF ± n∆V和VFB 有关。VREF 的校准值使得 WLED 的偏置电流小于V 导致高调节的电流精度。
图 6 升压型 WLED 驱动电路的版图
图 7 当VIN = 3.7V时测量的波形
图 8 当VIN = 4.3V时测量的波形
图 9 显示了过流情况下的测量结果。开始时，驱动工作在一个稳定的状态下。短 路的发生，导致过载。过流保护电路设置电感的电流为 2A，以保护电感。
图 9 过流保护电路的测量波形
应用于便携式电子器件的高效升压型白光 LED 驱动电路
摘要：效率对于便携式电子器件来说是一个非常重要的问题，因为他决定着电池 的使用寿命。背光模块通常占用便携式电子器件功耗的主要部分。因此，要延长 便携器件的工作时间，应当使用高效率的背光模块。近年来，白光二极管由于他 优越的效率已经取代了冷阴极荧光灯作为便携式电子产品的背光源。 本文提出了 一种带有集成升压 DC-DC 转换器的高效率白光 LED 驱动。由于意想不到的工作 条件下可以导致驱动器， 电池或者电感的失效， 驱动集成保护电路来防止过电流， 过压和欠压。这款驱动器由 TSMC（台积电）0.25μm 60V BCD 工艺制造。过电流 保护水平设置到 2A。过压保护设置到 50V，允许升压转换器驱动 12 个白光 LED 串。当检测到一个输入电压低于 2.5V 时，欠压保护电路将关闭转换器来保护电 池。 关键词：升压 DC—DC 转换器；高效率；白光 LED 驱动 1. 引言 大部分的现代便携电子产品使用的是锂离子电池作为电源， 主要是由于他的 体积小巧，可重复充电，快速充电，记忆少。许多便携设备例如数码相机，便携 式手机， 电子记事本出于体积的考虑都使用的单一的锂离子电池。因为单一的锂 离子电池的工作电压在 3.5V 到 4.2V 之间，电路需要升压或者降压来提供不同的 电压，应用于模拟，混合信号，数字电路，存储器和高度集成在一块芯片上的其 他外围设备。 LCD 通常用于便携式设备。在 LCD 背光模块中，LED 由于他的高效率、发光 的一致性、 未使用汞和体积小等优点已经取代了冷阴极荧光灯管。 白光 LED 和三 基色 LED 通常用于 LCD 的背光应用。在小到中尺寸的 LCD 屏幕中，白光 LED 是 优选的消费品的背光源，因为 RGB（三基色）LED 需要更大的空间，因为他需要 结合三个分立的 LED。 成本是另外一个白光 LED 超越 RGB 应用于便携式电子产品 使用的优势。 由于白光 LED 是电流控制器件（也就是，亮度是直接与驱动电流相关的） ， 需要一个恒流稳压器来控制背光模块的亮度。 已经提出了几种驱动白光 LED 的方 法。 对于便携设备来说， 升压 DC-DC 转换器由于他的极好的驱动能力和高效率成 为了一个很好的选择。 图 1 显示了升压型白光 LED 驱动电路， 这里的脉冲宽度调 制器通过调节功率管 MOS 的开关占空比来调整白光 LED 所需要的电流。 本文设计并且实现了白光 LED 的高效率驱动电路。 第二部分介绍了为提高电 流精度和效率而提出的失调校正技术。对用于防止驱动器，电感和电池被破坏的 三个保护电路也进行了描述。实验结果在第三部分呈现出来。第四部分是结论。 2. 电路的设计和实现 升压型白光 LED 驱动电路的框图如图２所示。 不像典型的升压型 DC－DC 转 换器那样，在升压型白光 LED 驱动电路中的镇流器电阻R FB ，由于白光 LED 的电 流直接流经电阻R FB ，所以他消耗大量的电能。为了提高效率，反馈电压VFB 设置 为 250mv 来减小R FB 上的功耗。然而由于电流已经被定义了，低的VFB 会减小白 光 LED 的电流精确度。
图 4 OCP 电路和斜坡补偿电路结构图
这里的IWLED 是 WLED 的电流，VFB 是反馈电压，VOFF 是差分放大器的输入失 调电压， R FB 是镇流器的电阻。 因此， 失调校准电路时必不可少的， 用来减少VOFF 并 且在足够的电流精度下达到高效率。 过压保护电路（OVP）和欠压锁定输出电路（UVLO）如图 5 所示。在过压保 护电路中， 当穿过所有稳压二极管的总电压小于 50V 时， 串联的稳压二极管会有 一个很小的电压。恒定电流IB 一直使电容放电，所以VX 一直为 0。如果 WLED 失 效，升压模式会使输出电压升高到 50V 以上。这时稳压二极管将会被击穿，钳位 电压将会产生一个很大的电流。 然后， VX 立刻被充电， 去触发比较器。 VOVP 变低， PWM 控制器关闭功率管 NMOS。 UVLO 检测到来自于分压器的电源电压，其中包括 2 个串联的电阻。如果电 池的电量耗尽，比较器的输出将会停滞，因为欠压检测到VBTY 。由于带隙电压为 1.25V，所以 UVLO 的电压为 2.5V。MN 在电阻和地之间，当该系统不能正常工作 时可防止漏电流。

一锂离子电池的便携式器件的背光模块。 这一驱动电路由台积电 0.25μm 60V BCD 工艺完成，裸片的尺寸为 1.4mm2 .电源电压在 3.7V~4.3V 之间来适应单一的锂离 子电池的应用。 可以驱动 12 个串联的 60mA 的 WLED。 驱动器中的 3 个保护电路 使得驱动电路和外围电路不受损。过压保护是 50v，过流保护是 2A，欠压锁定输 出是 2.5V。 在输入电压是 4.3v， WLED 的电流是 60mA 时， 最大的效率可达 89.6%。
图 10 过压保护电路测量的波形
UVLO 波形显示在图 11 当中。 由于需要很长的时间来使一块电池放电， 所以 用电容来替代以缩短测量的时间。在VIN =2.5V 时，UVLO 电路将会关闭驱动器。 所以电池在VIN =2.5V 时停止放电。
图 11 UVLO 电路的测量波形
设计的升压型 WLED 驱动器的电源转换效率如图 12 所示。当VIN =4.3V 时， 12 个 60mA 的 WLED 串联成为负载时，驱动电路的峰值转换效率达到 89.6%。当 WLED 的电流减小到 10mA 时，转换效率达到 78%。表 1 概括了升压型 WLED 驱 动器的电学特性。 使用低的直流电阻的电感和低的等效串联电阻的电容来提高效 率。 4. 总结 这篇论文模拟了一个高效率升压型 WLED 驱动电路。 这个驱动电路适合于使用单
图 5 OVP 和 UVLO 电路的结构图
3. 实验数据 这里所提出的高效率升压型白光 WLED 驱动电路由台积电 0.25μm 60VBCD 工 艺完成。 图 6 显示了， 升压驱动电路的版图。 裸片的尺寸包括衬垫是 1*1.4mm2 ， 这 2 里功率管 NMOS 的尺寸是 1*0.45mm 。升压型 WLED 的电气特性总结在表１当 中。测试的稳态特性显示在图 7 和图 8 当中。所有的负载条件是 12 个串联的 WLED 各自是在 60mA 的电流和输入电压在 3.7V 到 4.3V 之间。输入的电压范围 是锂离子电池额定的工作范围。 测试结果表明， 升压型 WLED 驱动电路时稳定的。 电感电流 IL 是 684mA, VSW 的占空比大约在 90%。在图 8 当中，电感电流 IL 是 576mA, VSW 的占空比大约在 88%。测得的电源转换效率在VIN 是 3.7V 的情况下是 87.7%，在VIN 是 4.3V 的情况下是 89.6%。