通過(guò)集成的8開關(guān)無(wú)閃爍驅(qū)動(dòng)器控制矩陣大燈中的單個(gè)LED

LED 將設(shè)計(jì)靈活性與實(shí)用、堅(jiān)固的電路相結(jié)合，使汽車設(shè)計(jì)師能夠生產(chǎn)出引人注目的前照燈設(shè)計(jì)，同時(shí)具有超長(zhǎng)的使用壽命和性能。汽車設(shè)計(jì)師越來(lái)越多地在照明中加入LED，因?yàn)樗鼈兛梢砸元?dú)特的醒目設(shè)計(jì)排列，有助于區(qū)分新車型和舊車型，或高端車型和經(jīng)濟(jì)型。

毫無(wú)疑問(wèn)，汽車LED照明已經(jīng)到來(lái)，但它還沒有充分發(fā)揮其潛力。未來(lái)的型號(hào)將配備更多的LED燈，包括新的形狀和顏色，以及對(duì)單個(gè)LED的更多控制。簡(jiǎn)單的LED串將讓位于LED矩陣，這些LED矩陣可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制單獨(dú)調(diào)光，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)限的實(shí)時(shí)模式控制和動(dòng)畫。未來(lái)已經(jīng)到來(lái)：凌力爾特的 LT3965 矩陣 LED 驅(qū)動(dòng)器使汽車照明設(shè)計(jì)邁出下一步變得容易。

我2使用單個(gè) IC 實(shí)現(xiàn) 8 個(gè)電源開關(guān)的 C 控制

基本的 LED 大燈設(shè)計(jì)可在均勻的 LED 電流下運(yùn)行，從而具有均勻的亮度。但這留下了LED的大部分潛力。矩陣大燈利用 LED 的固有功能，能夠控制 LED 燈串內(nèi)單個(gè) LED 的亮度。

從理論上講，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的電源開關(guān)對(duì)矩陣中的單個(gè)LED進(jìn)行尋址并不困難，允許打開或關(guān)閉單個(gè)LED，或PWM調(diào)光，以創(chuàng)建獨(dú)特的模式和功能。每個(gè) LED（或 LED 段）都需要自己的轉(zhuǎn)換器或自己的并聯(lián)電源開關(guān)?？梢允褂冒?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1301/" target="_blank">通信功能的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器/轉(zhuǎn)換器IC構(gòu)建矩陣驅(qū)動(dòng)器，但是一旦LED矩陣需要兩個(gè)或三個(gè)以上的開關(guān)，設(shè)計(jì)分立元件解決方案就變得具有挑戰(zhàn)性，涉及超過(guò)LED矩陣尺寸的元件矩陣。

The LT3965 I2C 8 開關(guān)矩陣 LED 調(diào)光器可輕松控制大型或小型 LED 矩陣（最多 512 個(gè) LED）。圖 1 示出了 LT3965 在凌力爾特演示電路 DC2218 上的工作情況。

圖1.LT3965 LED 矩陣調(diào)光器演示電路 DC2218 作為林杜伊諾運(yùn)行?屏蔽 （DC2026）。該演示電路運(yùn)行前照燈、轉(zhuǎn)向燈、尾燈和裝飾模式，可通過(guò)USB電纜通過(guò)凌力爾特的圖形用戶界面進(jìn)行評(píng)估。

圖2.LT3965 60V 8 開關(guān) LED 矩陣調(diào)光器框圖揭示了用于亮度控制的 8 個(gè)電源 NMOS 尋線開關(guān)、故障標(biāo)志和 I2C 串行通信接口。

其高度集成的設(shè)計(jì)（圖 2）最大限度地減少了元件數(shù)量。LT3965 的可單獨(dú)尋址通道可用于以多種方式控制 LED 矩陣，包括：

每個(gè) LT3965 能夠在一串 LED 內(nèi)控制 8 個(gè)調(diào)光通道 — 8 個(gè) LED 或 8 個(gè)簇。

八個(gè)通道可以控制兩個(gè)RGBW LED模塊上的單個(gè)紅，綠，藍(lán)和白光，以調(diào)節(jié)亮度或改變儀表板或裝飾照明的顏色。

多個(gè) LT3965 可在單個(gè)通信總線上單獨(dú)尋址，以將大型陣列中的字符串相乘。

LT3965 能夠控制每個(gè)通道的多個(gè) LED，或者可以組合通道以在較高電流下有效地控制單個(gè) LED。

當(dāng)與合適的恒流 LED 驅(qū)動(dòng)器結(jié)合使用時(shí)，矩陣調(diào)光器 LED 驅(qū)動(dòng)器允許在前照燈、日間行車燈、制動(dòng)燈和尾燈、側(cè)彎燈、儀表板顯示屏和其他裝飾照明中對(duì)各個(gè) LED 進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制。LT3965 的內(nèi)置自動(dòng)故障檢測(cè)功能可在發(fā)生故障時(shí)保護(hù)單個(gè) LED，并向微控制器報(bào)告故障。

60V LT3965 包括 8 個(gè)集成式 330mΩ 電源開關(guān)，可連接至一個(gè)或多個(gè) LED。電源開關(guān)通過(guò)關(guān)閉或PWM調(diào)光特定通道上的LED來(lái)充當(dāng)分流設(shè)備。這些開關(guān)可創(chuàng)建 8 個(gè)獨(dú)立控制的亮度通道（高達(dá) 256：1 的調(diào)光比）和 LED 燈串的 8 個(gè)防故障段。

當(dāng)所有八個(gè)電源開關(guān)同時(shí)接通 （所有 LED 熄滅）時(shí)，LT3965 能夠處理一個(gè) 500mA 的串電流。這些開關(guān)可以并聯(lián)連接，并通過(guò)四個(gè)LED通道以1A電流運(yùn)行，如本文后面所示。無(wú)論LED數(shù)量或電流如何，LED串都必須由設(shè)計(jì)合理的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)，該轉(zhuǎn)換器具有足夠的帶寬來(lái)處理矩陣調(diào)光器的快速瞬變。本文包含一些參考設(shè)計(jì)。

LT3797 升壓然后雙降壓模式利用兩個(gè) LT3965 驅(qū)動(dòng)兩個(gè)串、16 個(gè) LED/500mA

LT3965 的 8 個(gè)并聯(lián)電源開關(guān)以 500mA 電流控制 8 個(gè) LED 通道的亮度。8-LED 矩陣調(diào)光器系統(tǒng)的燈串電壓可以在 0V 到 26V 之間，具體取決于在給定時(shí)間打開或關(guān)閉的 LED 數(shù)量。用于驅(qū)動(dòng)這些LED的推薦轉(zhuǎn)換器拓?fù)涫蔷哂懈邘捛逸敵?a href="http://wenjunhu.com/tags/電容/" target="_blank">電容很少或沒有輸出電容的30V降壓型轉(zhuǎn)換器。這種降壓拓?fù)湟髮?V–16V汽車輸入“預(yù)升壓”至30V電源軌，降壓型穩(wěn)壓器可從該電源軌工作。

三路輸出 LT3797 LED 控制器可方便地用作單 IC 解決方案，以實(shí)現(xiàn)“預(yù)升壓”和降壓功能 — 可在一個(gè)通道上配置為升壓穩(wěn)壓器，然后在另外兩個(gè)通道上配置為降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器。兩個(gè)降壓型LED驅(qū)動(dòng)器中的每一個(gè)都可以驅(qū)動(dòng)一串矩陣調(diào)光的LED。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點(diǎn)，最值得注意的是，無(wú)論LED串電壓是高于還是低于電池電壓，電路都能繼續(xù)以最佳方式工作。

圖3顯示了圖1所示演示板的原理圖，這是一款升壓后雙降壓模式LT3797和LT3965矩陣調(diào)光大燈系統(tǒng)，具有16個(gè)LED，電流為500mA。每個(gè) LED 都可以單獨(dú)控制打開、關(guān)閉或 PWM 調(diào)低至 1/256 亮度。LT3797 的 350kHz 開關(guān)頻率在 AM 頻帶之外 （有利于 EMI），而 LT3965 由此產(chǎn)生的 170Hz PWM 調(diào)光頻率 （由相同的 350kHz 時(shí)鐘產(chǎn)生）高于可見光范圍。在系統(tǒng)正確同步的情況下，LT3797 和 LT3965 矩陣大燈將無(wú)閃爍運(yùn)行。

圖3.LT3965 矩陣 LED 調(diào)光器系統(tǒng)，具有 LT3797 升壓然后雙降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè) LT3965 矩陣調(diào)光器，后者可利用汽車電池以 500mA 電流驅(qū)動(dòng) 16 個(gè) LED。我2C 串行通信控制單個(gè) LED 的亮度，并檢查 LED 和通道故障。

LT?3797 降壓型模式轉(zhuǎn)換器專為極快瞬變而優(yōu)化，具有很少或沒有輸出電容器和適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償控制環(huán)路。這些 >30kHz 帶寬轉(zhuǎn)換器可承受快速 LED 瞬變，因?yàn)?LED 會(huì)打開和關(guān)閉，PWM 會(huì)隨意調(diào)光。放置在LED檢測(cè)電阻上的濾波電容取代了控制系統(tǒng)中的一個(gè)極點(diǎn)，當(dāng)輸出電容減小或移除時(shí)，該極點(diǎn)會(huì)丟失，以實(shí)現(xiàn)矩陣調(diào)光器的快速瞬態(tài)性能。

來(lái)自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的充電泵用于為 LT3965 V 供電在引腳比 LED 電壓高 7V 以上，使頂部通道 NMOS 在驅(qū)動(dòng)時(shí)得到充分增強(qiáng)。低 R+DS（ON）LT3965 中的 NMOS 開關(guān)即使在所有 8 個(gè)并聯(lián)開關(guān)均導(dǎo)通時(shí)也能實(shí)現(xiàn)高功率操作而不會(huì)使 IC 變熱，從而關(guān)閉整個(gè) LED 串。在這種情況下，LT3797 LED 驅(qū)動(dòng)器可以承受所有 8 個(gè)并聯(lián)開關(guān)產(chǎn)生的虛擬輸出短路，而不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題，并準(zhǔn)備通過(guò)下一個(gè)接通的 LED 快速調(diào)節(jié) 500mA。

演示電路DC2218（圖1）采用圖3所示系統(tǒng)，操作帶有I的矩陣大燈2C微控制器通過(guò)DC2026，林杜伊諾?一個(gè)演示電路。DC2218 作為大型 Linduino 屏蔽運(yùn)行，具有高達(dá) 400kHz 的串行代碼，可生成不同的前照燈模式，并與凌力爾特的圖形用戶界面接口（圖 4）。

圖4.基于 PC 的接口允許設(shè)計(jì)人員對(duì)由 LT3965 驅(qū)動(dòng)的 LED 進(jìn)行訪問(wèn)控制和監(jiān)視。

在圖 4 所示的 GUI 中，可以使用全通道模式和單通道模式命令以及故障檢查讀寫命令檢查 LED 亮度和故障保護(hù)功能，以檢查 LED 開路和短路。該演示電路系統(tǒng)可以檢查無(wú)閃爍操作、故障保護(hù)和瞬態(tài)操作。DC2218可以直接插入12V DC電源，可以由運(yùn)行GUI的個(gè)人計(jì)算機(jī)控制，也可以通過(guò)簡(jiǎn)單的USB連接重新編程。

采用并行通道

的 1A 矩陣 LED 驅(qū)動(dòng)器 LT3965 可用于驅(qū)動(dòng) 1A LED 通道的矩陣。很容易并聯(lián) LT3965 的電源開關(guān)，以便兩個(gè)電源開關(guān)分離 1A 的 LED 電流，每個(gè) LT3965 控制四個(gè) 1A 通道。使用并聯(lián)電源開關(guān)獲得更高電流的一種方法是，每個(gè)反相并聯(lián)開關(guān)僅在PWM周期的50%內(nèi)運(yùn)行。通過(guò)單個(gè)NMOS電源開關(guān)交替運(yùn)行1A的一半時(shí)間，有效加熱大約等于一直通過(guò)相同的NMOS運(yùn)行500mA。

圖 5 示出了采用 8 個(gè) LED 的 1A 矩陣大燈系統(tǒng)，這些 LED 由兩個(gè) LT3965 和另一個(gè)升壓然后雙降壓模式 LT3797 驅(qū)動(dòng)。當(dāng)進(jìn)行 PWM 調(diào)光時(shí)，LT3797 對(duì) 8 個(gè)開關(guān)采用獨(dú)特的 1/8 周期相位，如圖 6 所示。在此 1A 矩陣系統(tǒng)中，LT3797 通道以并聯(lián)對(duì)方式組合，因此配對(duì)通道是反相的，彼此成 180°;專門配對(duì)通道 8 和 4、7 和 3、6 和 2 以及 5 和 1。并行通道交替分流，有效地將PWM頻率加倍，具有分散分流電流和熱量的優(yōu)點(diǎn)。為此，任何單個(gè)并聯(lián)電源開關(guān)的最大占空比為 50%，因?yàn)閮蓚€(gè)在 50% 的時(shí)間內(nèi)打開的反相開關(guān)（每個(gè)在 50% 的時(shí)間內(nèi)分流一個(gè) LED）會(huì)在 100% 的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉 LED。

圖5.1A 矩陣 LED 驅(qū)動(dòng)器結(jié)合了反相并聯(lián)通道，適用于高功率 LED 前照燈系統(tǒng)中的更高電流應(yīng)用。

圖6.8 個(gè) LT3965 電源開關(guān)的 1/8 PWM 無(wú)閃爍相位可限制 PWM 調(diào)光亮度控制期間的瞬變。

每個(gè) LT3965 控制由兩個(gè) 1A 降壓模式 LT3797 通道 （來(lái)自 LT3797 升壓型 20V 通道）驅(qū)動(dòng)的 4 個(gè) 1A LED 的亮度。這種高功率、穩(wěn)健的系統(tǒng)可以擴(kuò)展為具有更多 LT3965 的更多 LED 或具有更多并聯(lián)通道的更高電流 LED 供電。每個(gè)通道可以以 1A 電流驅(qū)動(dòng)兩個(gè) LED，并提高這種靈活的前照燈系統(tǒng)的功率。

每個(gè)通道多個(gè) LED

LT3965 可支持每通道 1 至 4 個(gè) LED。雖然單獨(dú)控制每個(gè)LED以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)或高分辨率模式可能是有利的，但并不總是必要的。每個(gè)通道使用多個(gè) LED 可減少系統(tǒng)中矩陣調(diào)光器的數(shù)量，并足以完成某些設(shè)計(jì)所需的模式或調(diào)光。前照燈、信號(hào)燈和尾燈部分最多可以有四個(gè)亮度相同的 LED。應(yīng)急 LED 燈可以有一組三個(gè)和四個(gè) LED，它們以相同的模式閃爍和波動(dòng)。

圖7中的電路演示了一個(gè)每通道兩個(gè)LED的系統(tǒng)——它的LED數(shù)量與圖3中的電路相同，但僅使用一個(gè)LT3965矩陣調(diào)光器，而不是兩個(gè)。

圖7.靈活的 LT3965 能夠在獨(dú)立的 LED 串上驅(qū)動(dòng) LED 通道，并能夠驅(qū)動(dòng)每個(gè)通道 1 到 4 個(gè) LED。（完整的驅(qū)動(dòng)器電路與圖3類似，但只有一個(gè)LT3956，如下所示。

當(dāng)一個(gè)我2C 命令指示 LT3965 接通、關(guān)斷或調(diào)暗一個(gè)通道，這會(huì)影響由該通道的并聯(lián)電源開關(guān)控制的兩個(gè) LED。為了保持在 LT3965 的電壓限制范圍內(nèi)，仍需要將 500mA 的 16 個(gè) LED 分成兩個(gè)串聯(lián) LED 串，如圖 2 所示。可以使用圖2中的相同LT3797電路，但只有一個(gè)LT3965控制兩個(gè)串的亮度。這演示了 LT3965 內(nèi)部的每個(gè) NMOS 并聯(lián)電源開關(guān)如何獨(dú)立于其他開關(guān)進(jìn)行配置，從而實(shí)現(xiàn)了多種矩陣設(shè)計(jì)。

全通道模式和單通道模式 I2具有無(wú)閃爍PWM和淡入淡出的C命令

我2LT3965 的 C 指令集包括 1 字、2 字和 3 字命令。這些命令通過(guò)串行數(shù)據(jù)線（SDA）與主生成時(shí)鐘線（SCL）一起以高達(dá)400kHz的速度發(fā)送。主微控制器發(fā)送全通道模式 （ACM） 或單通道模式 （SCM） 寫入命令，以控制 LED 通道和 LT3965 地址的亮度、淡入淡出、開路門限和短路門限。

廣播模式 （BCM）、ACM 和 SCM 讀取命令要求 LT3965 報(bào)告其寄存器的內(nèi)容，包括用于故障診斷的開路和短寄存器。LT3965 在出現(xiàn)新故障時(shí)置位一個(gè) ALERT 標(biāo)志。微型器件可以通過(guò)確定哪個(gè) LT3965 報(bào)告故障以及故障的類型和通道來(lái)響應(yīng)故障。在多個(gè) LT3965 IC 報(bào)告故障的情況下，LT3965 可以對(duì)故障報(bào)告進(jìn)行排序，以防止重疊錯(cuò)誤。這使得警報(bào)響應(yīng)系統(tǒng)可靠且確鑿。LT3965 數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出了寄存器和命令集的完整列表。

ACM 寫入命令只需兩個(gè) I 即可立即打開或關(guān)閉單個(gè) LT3965 地址的所有 8 個(gè)通道2C 字 - 通道同時(shí)轉(zhuǎn)換打開或關(guān)閉。打開或關(guān)閉大量 LED 會(huì)給 DC/DC 轉(zhuǎn)換器帶來(lái)顯著的電流電壓負(fù)載階躍。本文介紹的轉(zhuǎn)換器可以優(yōu)雅地處理這些瞬變，只需很少或沒有輸出電容和高帶寬。

如圖 8 所示，轉(zhuǎn)換大量 LED 的 ACM 寫入不會(huì)在其他通道的 LED 電流上產(chǎn)生可見的閃爍或明顯的瞬變。圍繞 LT3797 構(gòu)建的高帶寬降壓模式轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)如此小且受控瞬變的原因。

圖8.本文所示的LED矩陣驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)具有極小甚至沒有跨通道瞬態(tài)效應(yīng)的特點(diǎn)。例如，轉(zhuǎn)換一半的通道（此處為同時(shí)打開兩個(gè)通道和關(guān)閉兩個(gè)通道）對(duì)其他四個(gè)未觸及的通道幾乎沒有瞬態(tài)影響。非轉(zhuǎn)換通道保持無(wú)閃爍。

單通道模式寫入產(chǎn)生相對(duì)較小且快速的單 LED 瞬變。SCM 寫入用于一次僅將一個(gè)通道的亮度設(shè)置為開、關(guān)或帶或不帶淡入淡出的 PWM 調(diào)光。1/256 和 255/256 之間的 PWM 調(diào)光值通過(guò) 3 字寫入進(jìn)行通信，而 ON 和 OFF 可以通過(guò)較短的 2 字命令進(jìn)行通信。單個(gè) SCM 寫入命令上的一個(gè)淡入淡出位使 LT3965 能夠在兩個(gè) PWM 調(diào)光電平之間移動(dòng)，并具有內(nèi)部確定的對(duì)數(shù)淡入淡出，并且無(wú)需額外的 I2C 流量。每個(gè)通道的開路和短路閾值可以通過(guò)SCM寫入命令設(shè)置在1到4個(gè)LED之間。

每個(gè)通道的 LED 短路和開路故障保護(hù)

短路和開路保護(hù)是矩陣調(diào)光器的固有優(yōu)勢(shì)。每個(gè)通道的 NMOS 電源開關(guān)可以在 1 到 4 個(gè)串聯(lián) LED 之間分流。傳統(tǒng)的LED串具有防止整個(gè)燈串開路或短路的保護(hù)，只有一些IC具有輸出診斷標(biāo)志來(lái)指示這些故障條件。相比之下，LT3965 可防止各個(gè)通道短路和開路，從而在記錄和報(bào)告故障情況的同時(shí)保持操作通道活動(dòng)并運(yùn)行。

當(dāng)字符串內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，LT3965 會(huì)檢測(cè)到該故障并置位其 ALERT 標(biāo)志，從而向微控制器指示存在需要解決的問(wèn)題。如果故障是開路，則 LT3965 會(huì)自動(dòng)接通其相應(yīng)的 NMOS 電源開關(guān)，旁路故障 LED，直到進(jìn)行全面診斷或消除故障。

LT3965 維護(hù)每個(gè)通道的開路和短路故障寄存器，并在 I 期間將數(shù)據(jù)返回到微控制器2C 錯(cuò)誤讀取命令。該命令集包括保持狀態(tài)寄存器不變的讀取和清除故障寄存器的讀取，允許用戶可編程故障診斷。寄存器可以在允許寫入的各種模式下讀取，SCM，ACM，BCM：

單通道模式 （SCM） 讀取返回單個(gè)通道的開路和短寄存器位。SCM 讀取還檢查該通道的開路和短路閾值寄存器、模式控制以及 8 位 PWM 調(diào)光值。

所有通道模式 （ACM） 讀取返回給定地址的所有通道的開路和短寄存器位，而不清除位，以及所有八個(gè)通道的 ACM ON 和 OFF 位。

在具有許多 LT3965 矩陣調(diào)光器共享同一總線的更復(fù)雜的系統(tǒng)中，廣播模式 （BCM） 首先讀取請(qǐng)求，如果有的話，LT3965 地址已置位故障標(biāo)志。

ACM 和 SCM 讀取可用于檢查和清除故障，并讀取所有寄存器以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的 I2C 通信系統(tǒng)。

在同一總線上多達(dá) 16 個(gè)可尋址 LT3965S

每個(gè) LT3965 具有 4 個(gè)用戶可選地址位，從而實(shí)現(xiàn) 16 個(gè)唯一的總線地址。每個(gè) ACM 和 SCM I2C 命令被發(fā)送到共享通信總線，但僅由尋址的 LT3965 執(zhí)行操作。BCM 命令后跟總線上的所有 IC。4 位地址架構(gòu)允許單個(gè)微控制器和單個(gè) I2C 2 線通信總線，支持多達(dá) 8 個(gè)× 16 = 128 個(gè)可單獨(dú)控制的通道。對(duì)于 LT3965，對(duì)于除最雄心勃勃的照明顯示器之外的所有照明顯示器，汽車前照燈、尾燈和裝飾燈中的所有單個(gè) LED 均可由單個(gè) I 控制2C 通信總線和單個(gè)微控制器。鑒于每個(gè)通道最多可以連接到四個(gè)LED，一個(gè)相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)可以支持多達(dá)512個(gè)LED的矩陣調(diào)光。

結(jié)論

LT?3965 矩陣 LED 調(diào)光器控制單個(gè) LED 燈串上的 8 個(gè) LED 亮度通道，使照明設(shè)計(jì)人員能夠無(wú)限制地訪問(wèn)復(fù)雜而引人注目的汽車照明設(shè)計(jì)。我2C 通信接口允許微處理器控制串中單個(gè) LED 的亮度。I 中的故障保護(hù)2C 接口確保 LED 照明系統(tǒng)的穩(wěn)健性。矩陣調(diào)光器的通道是通用的：每個(gè)通道可以控制多個(gè)LED;通道可以組合以支持更高電流的 LED;或者，在同一通信總線上使用多達(dá) 16 個(gè)矩陣調(diào)光器 IC 生產(chǎn)高 LED 數(shù)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)汽車前燈、尾燈、前燈、側(cè)燈、儀表板燈和裝飾燈方面邁出下一步——未來(lái)就是現(xiàn)在。

審核編輯：郭婷