LED驅(qū)動(dòng)器LTC3219工作原理及其應(yīng)用

　　O 引言

　　LTC3219是一款無(wú)電感器型、低噪聲、高效率LED驅(qū)動(dòng)器，它可為主、副和RGB顯示屏/顯示器件提供9個(gè)獨(dú)立的可配置電流源，并能進(jìn)行64級(jí)的亮度調(diào)節(jié)控制。這些通用電流源都能以數(shù)字方式來(lái)控制，可進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)光、亮度、閃爍和灰度控制，并可通過(guò)簡(jiǎn)單的兩線I2C串行接口對(duì)其進(jìn)行編程。

　　LTC3219有1X，1.5X和2.0X多種低噪聲電荷泵操作模式，以低噪聲恒定頻率工作，可以自動(dòng)基于LED電流源上的電壓優(yōu)化效率。LTC3219內(nèi)部還具有短路和過(guò)熱保護(hù)電路，其軟啟動(dòng)電路可防止在啟動(dòng)和模式切換時(shí)出現(xiàn)浪涌電流和過(guò)大的輸入噪聲。該器件主要用于蜂窩電話的顯示、照明設(shè)備以及帶QVGA顯示的可視電話等。

　　1 引腳功能

　　LTC3219采用3 mm×3 mmx0.75 mm的扁平QFN-20封裝，其引腳排列如圖1所示。它的各引腳功能如下：

　　CPO：LED電源充電泵輸出端。該引腳需與地接一個(gè)2.2μF的陶瓷電容;

　　ULEDl～ULED9：LED驅(qū)動(dòng)電流源輸出端。電流范圍為0～28 mA.其電流的大小可由軟件和內(nèi)部6位線性DAC分64級(jí)來(lái)調(diào)節(jié)控制。將各LED段所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器(REGl～REG9)置0就能激活各輸出端。另外，它們也可作為I2C的開(kāi)漏輸出。不用時(shí)可接地;

　　DVcc：數(shù)據(jù)I/O電源端。該引腳可用于設(shè)置LTC3219的邏輯參考電平。該引腳電壓低于欠壓鎖定閥值時(shí)，就會(huì)重啟數(shù)據(jù)寄存器，通?？稍谄骷与姾笫褂眠@種重啟方式。該腳需連一個(gè)0.1μF的陶瓷電容;

　　SCL：I2C時(shí)鐘輸入端。該引腳的邏輯電平需參考DVcc;

　　SDA：串口數(shù)據(jù)輸入端。可通過(guò)在每個(gè)時(shí)鐘周期移動(dòng)一位串行數(shù)據(jù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的控制。其邏輯電平可參考DVcc;

　　ENU：使能輸入端。用于預(yù)選ULED輸出端的接通或斷開(kāi)。當(dāng)該腳從低(斷開(kāi))切換到高(接通)時(shí)，所選LED發(fā)光。若ENU所控制的輸出端有效，且其它輸出端也有效時(shí)，LTC3219會(huì)在ENU的下降沿復(fù)位到1X的充電泵模式;而當(dāng)ENU所控制的輸出端有效，而其它輸出端無(wú)效時(shí)，LTC3219的充電泵模式被關(guān)斷。ENU的邏輯電平可參考DVcc。不用時(shí)可接地;

　　GND：系統(tǒng)地。使用時(shí)需將該腳和焊接盤(pán)(21腳)連到接地板上;

　　ClP，C2P，ClM，C2M：充電泵快速電容引腳。在C1P與C2P，ClM與C2M之間應(yīng)分別接一個(gè)1μF的陶瓷電容。

　　VBAT：設(shè)備電源端。使用時(shí)應(yīng)接一個(gè)2.2μF的低ESR陶瓷電容。

　　2 工作原理

　　LTC3219是一款具有高集成度的多路顯示LED驅(qū)動(dòng)器。它用一個(gè)高效、低噪聲的充電泵為9個(gè)通用LED驅(qū)動(dòng)器供電，并可由內(nèi)部的一個(gè)精準(zhǔn)的電流基準(zhǔn)源來(lái)設(shè)置其最大顯示電流。每個(gè)電流源均可進(jìn)行獨(dú)立的漸變、開(kāi)/關(guān)、閃爍和灰度級(jí)調(diào)節(jié)，并可通過(guò)I2C串行接口實(shí)現(xiàn)。其LED電流源有6位線性DAC，可為其進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)控制。

　　LTC3219可根據(jù)LED電流源上的電壓并通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式的切換來(lái)改變升壓倍率，以?xún)?yōu)化其效率。啟動(dòng)時(shí)，升壓倍率為1X模式，當(dāng)有效電流源趨近關(guān)斷(Dropout)狀態(tài)時(shí)，LTC3219會(huì)先自動(dòng)切換為1.5倍升壓模式，而當(dāng)再次出現(xiàn)關(guān)斷時(shí)，它將切換為2倍升壓模式。當(dāng)從I2C接收到新數(shù)據(jù)時(shí)，LTC3219又會(huì)自動(dòng)復(fù)位到1X模式。圖2所示是LTC3219的結(jié)構(gòu)功能框圖。

　　2.1 軟啟動(dòng)

　　LTC3219的軟啟動(dòng)主要是在1.5X和2X模式轉(zhuǎn)換初期起作用。初始化時(shí)，軟啟動(dòng)電路處于關(guān)斷狀態(tài)。加電時(shí)，VBAT通過(guò)位于VBAT和CPO之間的一個(gè)弱電流開(kāi)關(guān)向CPO的輸出電容器緩慢充電(CPO引腳上的電流是以125μs的周期線性增大的)，以防止出現(xiàn)大的充電電流。當(dāng)器件轉(zhuǎn)換到加強(qiáng)模式時(shí)，充電泵的這種軟啟動(dòng)特性也會(huì)進(jìn)一步限制浪涌電流和電源偏差。

　　2.2 模式轉(zhuǎn)換

　　當(dāng)LTC3219的有效電流源電壓下降至電源編程電壓以下時(shí)，LED端會(huì)出現(xiàn)電壓關(guān)斷(dropout)，此時(shí)充電泵會(huì)從1X模式自動(dòng)切換到1.5X模式。從出現(xiàn)電壓關(guān)斷到自動(dòng)切換模式的時(shí)間約400μs，LED會(huì)在這段時(shí)間預(yù)熱，并最終達(dá)到所需的前向電壓。

　　通過(guò)給CPO寫(xiě)入不同的字可手動(dòng)切換到1X、1.5X或2.0X模式，這往往應(yīng)用在CPO端自動(dòng)模式無(wú)效的電源負(fù)載中。另外，非編程電流源不會(huì)影響關(guān)斷。在電流源控制的ENU為低時(shí)，也不會(huì)影響關(guān)斷。

　　2.3 外部使能控制(ENU)

　　通過(guò)ENU引腳可以進(jìn)行編程，即通過(guò)對(duì)REGl～REG9的相應(yīng)數(shù)據(jù)位或REGl0、REGll的相應(yīng)控制位的設(shè)置，可以對(duì)全部所選顯示器進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)。當(dāng)不需重復(fù)訪問(wèn)I2C端口時(shí)，ENU可用于LTC3219的通和斷，因此，在沒(méi)有微控制器控制的情況下，它會(huì)提示有電話進(jìn)來(lái)。

　　只有先將I2C接口置為所需LED的輸出才能使用ENU引腳。當(dāng)ENU為高時(shí)，可接通所選顯示器，同時(shí)設(shè)置REGl0和REGll;ENU為低時(shí)，則關(guān)閉所選顯示器。若沒(méi)有編程接通任一個(gè)顯示器，LTC3219器件將處于關(guān)斷狀態(tài)。

　　ENU引腳也可用于灰度的預(yù)編程控制。在這類(lèi)應(yīng)用中，可以根據(jù)相應(yīng)的灰度要求對(duì)寄存器進(jìn)行編程，編程時(shí)可忽略UP位。當(dāng)ENU為低時(shí)，允許對(duì)寄存器編程;ENU為高時(shí)，則接通寄存器，且所選的LED的輸出升高。另外，在ENU為低時(shí)，所選LED輸出電流也降為0，輸出關(guān)斷。設(shè)計(jì)時(shí)如需用到關(guān)斷狀態(tài)，充電泵則不必置于手動(dòng)模式。應(yīng)用ENU引腳，且其它ULED輸出有效，ENU會(huì)在其下降沿使器件進(jìn)入1X充電泵模式。而在不用ENU引腳時(shí)，將其接地即可。

　　2.4 I2C串行總線接口

　　LTC3219可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的兩線I2C接口與主機(jī)進(jìn)行通信，其總線上的各信號(hào)時(shí)序關(guān)系如圖3所示。與I2C串聯(lián)接口相連的微控制器可以提供所有的命令和控制輸入信號(hào)。它共有12個(gè)數(shù)據(jù)寄存器、一個(gè)地址寄存器和一個(gè)次地址寄存器。SDA輸入端的數(shù)據(jù)可在SCL的上升沿裝入，D7在先，DO在后，而且應(yīng)先寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器，再寫(xiě)次地址寄存器。當(dāng)所有地址位寫(xiě)入到地址寄存器后，LTC3219會(huì)向主機(jī)發(fā)出確認(rèn)信號(hào)。每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器都有次地址。數(shù)據(jù)寫(xiě)入后，緊跟在停止位后會(huì)生成一個(gè)負(fù)載脈沖，這個(gè)負(fù)載脈沖可把數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到DAC寄存器中，同時(shí)停止位會(huì)一直延遲到數(shù)據(jù)全部寫(xiě)入。但此時(shí)的LED電流會(huì)有所改變。表1為次地址寄存器的地址位及功能。串行接口采用的是靜態(tài)邏輯寄存器。總線不用時(shí)，可將SDA和SCL置高。另外，設(shè)計(jì)時(shí)還需外接上拉電阻或電流源。

　　3 應(yīng)用電路

　　LTC3219僅需要5個(gè)小型陶瓷電容就能實(shí)現(xiàn)一個(gè)纖巧、完整的LED電源穩(wěn)壓器和電流控制器解決方案。圖4所示是LTC3219的一種典型應(yīng)用電路圖。圖4中所給出外部元件的相應(yīng)參數(shù)，可在具體設(shè)計(jì)時(shí)用作參考。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　LTC3219是一款無(wú)感、低噪聲、高效率的LED驅(qū)動(dòng)器。該器件具有可選的多種充電泵模式，并可進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)模式切換，因此，可進(jìn)一步優(yōu)化效率，從而方便地用于可視電話和照明設(shè)施等方面。