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包括手机和MP4在内的便携式电子设备的越来越普遍,产生了对锂电池电源管理芯片的巨大需求。其中基于电荷泵的白光LED驱动芯片由于采用无电感设计,外部组件少,系统效率高,成本低和走短小轻薄的发展路线,在中低功率电源管理应用中占据了重要地位。本文设计和分析的一种基于高效自适应电荷泵的白光LED驱动芯片,是和某公司合作的产品。它采用某商业0.6um标准CMOS工艺制成,使用1X/1.5X/2X三种模式电荷泵来提升系统效率,系统能够根据锂电池电压和白光LED负载的变化,自动在这三种模式中切换,选择合适的模式以尽可能延长锂电池的使用寿命。系统采用线性电荷泵模式,有效地降低了输出电压纹波。在锂电池电压从2.7V到5.5V之间变化时,该芯片最多同时驱动5个背光LED和2个闪光LED,其最大电流分别为30mA和200mA。该芯片兼容I2C控制接口对背光和闪光LED驱动电流,分别实现16级和32级亮度可调。此外,芯片内置过温保护功能;采用1X、1.5X和2X软启动设计,防止启动阶段功率开关管上的浪涌电流产生;关断模式下,其静态电流小于1uA。本文首先分析了1.5X电荷泵和2X电荷泵基本工作原理,然后介绍了各种电荷泵控制模式及关键性能参数。在此基础上,本文分别从电荷泵拓扑选择、开关实现、环路稳定性分析及电荷泵系统效率等方面做出分析,确定了本文采用的电荷泵整体结构。此外,本文还介绍了白光LED恒流驱动的相关知识。在子电路分析仿真中,本文主要从各模块工作原理,设计仿真结果分析等方面分别对振荡器模块、模式切换模块、误差放大器模块和电源选择模块进行了介绍和分析。在电荷泵原理分析和子模块设计基础上,运用HSPICE对整体电路的关键性指标进行了仿真和分析,仿真结果表明芯片的功能和重要性能指标均达到设计要求。