论文总字数：13509字

摘 要

作为一种具有巨大发展潜力的光源，LED的长寿命、牢固的结构、较低的功耗和灵活的外形尺寸等优点受到了人们越来越多的关注，由于对白光LED亮度均匀性要求以及LED正向导通电压大，电学参数离散性大，受温度影响大的特性，需要设计专门的电源来驱动白光LED。本次课题的目的是研究能够用于白光LED驱动的一种电源管理方式-恒压输出加镇流电阻的并联驱动方式。

采用DC-DC电源管理模式，也就是电荷泵加控制电路的方法实现恒压源驱动并联LED的结构，本文将利用分数增益电荷泵的多增益特点实现高效率转换，此方案将输入，输出电压都反馈给控制电路，通过对输入电压的采样决定电荷泵的增益，通过对输出电压的采样，决定电荷泵的工作状态。

关 键 词：驱动，电荷泵，分数增益，DC-DC数字控制器

Abstract: As a light source with huge development potential, LED long-lived, firm structure, low power consumption and flexible size has attracted more and more attention，Due to the white LED brightness uniformity requirements and LED large forward voltage, electrical parameters of large discreteness, is greatly affected by temperature characteristics, need to design a special power to drive white LED. The purpose of this subject is the study can be used for parallel connection driving a power management mode white LED driver, constant voltage output and ballast resistance.

The DC-DC power management mode, structure is the method of charge pump control circuit to realize constant voltage source driving parallel LED, this paper will use multiple gain characteristics of fractional charge pump with high efficiency conversion, this scheme will input, output the voltage feedback to the control circuit, the input voltage sampling decided to charge pump gain, by sampling the output voltage, decided the working state of charge pump.

Key words: Driver, charge pump, fractional gain, DC-DC digital controller

目 录

1 前言 4

1.1 白光LED的发展历史 4

1.2 白光LED的原理 4

1.3 白光LED的特性 5

2 白光LED驱动方式 6

2.1 研发白光LED驱动电源的必然性 6

2.2 电压源加镇流电阻驱动方式 6

2.3 并联驱动和串联驱动的比较 8

3 高效率开关电容式DC-DC转换器 9

3.1 研究目的 9

3.2 电荷泵的基本原理 9

3.3 理想中的电荷泵模型及其原理简介 10

3.4 多种电荷泵实现DC-DC转换的比较 10

3.5 采用多增益电荷泵实现DC-DC转换的原理 11

3.6 电荷泵的工作过程 12

4电荷泵的应用 16

4.1 基于电荷泵的LED驱动电路的基本原理 16

4.2 MAX1576电荷泵驱动LED的电路 17

结 论 19

参 考 文 献 20

致 谢 21

1 前言

1.1 白光LED的发展历史

一、半导体发光材料的发展进程

发光二极管即LED是P/N半导体材料，它具有小型，稳定不易发热，低能耗的特点，但是它发光效率不高，目前正朝这个方向发展，半导体材料发展经过三个阶段：

20世纪50年代以硅材料为半导体的第一代半导体材料，虽然在带隙较窄和击穿电压较小的劣势下仍是电子产业上主要的半导体材料。

20世纪90年代以来，随着无线通讯和光纤通讯为基础的信息高速公路和互联网的发展，砷化镓和麟化铟作为第二代半导体开始迅猛发展。

以氮化镓材料P型掺杂的突破为起始点，以高亮度蓝光发光二极管和蓝光激光器的研究成为第三代半导体材料的标致，氮化镓在高频和高温的条件下能发出蓝光的特性引发研究人员的兴趣。

二、照明产业的发展

除了丰富了色彩，LED最大的贡献在于用作普通照明灯，以氮化镓为基础的LED照明，在功效和寿命方面有着不可替代的优势，发光二极管的效能转换率非常高。在节能和环境保护下的今天，氮化镓基高亮度的LED比普通的LED和灯泡具备更好的发展前途，在汽车行业已广泛应用，特别是汽车尾灯。传统的白炽灯利用热发光技术，浪费了百分之九十的能量，发光二极管的转换率非常高，研究表明白光LED照明的耗电量为相同亮度白炽灯的百分之十到百分之二十，使用寿命10万小时对比与普通灯泡的1000小时，氮化镓基白光LED照明不会产生汞蒸气污染环境，此外，体积小，轻便，方向性好，耐各种恶劣环境。

三，发展前途无限

据美国市场调研发现到09年GaN器件市场至少达到48个亿美金的销售额^[1]。

在手机和PAD等低电源领域，对背光和色彩要求越来越高，氮化镓基白光LED照明如此优越的发展前景不仅被各大公司看中，还有各国政府，日本将在06年底用白光LED照明替代百分之五十的传统照明，美国政府计划耗资5忆发展白光LED照明在00年到10年。

目前我国对这个领域也是着实重视，氮化镓基蓝光材料得到了863计划和自然科学基金的大力支持。

1.2 白光LED的原理

一、发光二极管和半导体二极管同样加正向电压，但效果不同，发光二极管是将注入的载流子转化为光子，辐射出光，一般半导体二极管是将载流子转换成正向电流。氮化镓基白光LED属于异质结注入发光，目的在于提高载流子的注入效率，未加偏置时，对电子和空穴具有不同高度的势垒，加偏置后，两者势垒都减小，其中空穴的势垒小很多，得到较高的注入效率.N区电子注入P区速率很低，所以N区电子就跃迁到价带与注入的空穴复合，进而发射出由N型半导体能隙所决定的辐射，但是P区的能隙大的缘故，光辐射无法将电子激发到异带，所以不会吸收光，直接发出二极管外，降低光能的损耗。

二，白光LED发光方式的分类：单晶体，多晶体

1. 单晶体

（1）蓝色LED 发黄光的荧光粉

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