用集成式8開關無閃爍驅(qū)動器控制矩陣式LED前燈中的單個LED(上)

     LED 兼具設計靈活性和堅固、實用的電路，使汽車設計師能夠用其設計引人注目和具備極長壽命和高性能的前 燈。汽車設計師越來越多地在照明系統(tǒng)中采用 LED，因為 LED 可用來產(chǎn)生獨具特色、引人注目的設計，有助于區(qū)分 新型號和老型號，或者區(qū)分高端車型和經(jīng)濟車型。
     毫無疑問，汽車 LED 照明時代已經(jīng)來臨，但是尚未發(fā) 揮出最大潛力。未來車型將采用更多  LED 燈，LED 燈將有 新的形狀和顏色，對單個 LED 的控制將增強。簡單的 LED 串將讓位于 LED 矩陣，通過電腦控制可以對矩陣中的每一 個 LED 單獨地調(diào)光，從而能夠?qū)崟r實現(xiàn)無限多種生動的照 明圖案。這種未來已經(jīng)近在咫尺：凌力爾特公司的 LT3965

圖1      L T39 6 5  L ED   矩陣調(diào)光器演示電路板  DC221 8  作為 Linduino(DC2026)的屏蔽罩使用。這個演示電路板驅(qū)動前燈、轉(zhuǎn)向信 號燈、尾燈和裝飾燈，可通過 USB 電纜連接到凌力爾特圖形用戶界面， 以進行評估
LED 矩陣驅(qū)動器使汽車照明設計很容易再向前邁進一步。

     用單個 IC 通過 I2C 控制 8 個功率開關基本的 LED 前燈設計采用一致的  LED 電流，因此亮度 也是一致的。但是這種方法將  LED 潛能的很大部分留了在 紙面上。矩陣式前燈能夠通過控制  LED 串中單個 LED 的亮 度，因而利用了 LED 與生俱來的優(yōu)勢。
從理論上說，利用電腦控制的功率開關以控制 LED 矩 陣中的單個 LED并不困難，從而讓單個 LED 接通或斷開， 或?qū)蝹€ LED 進行 PWM 調(diào)光，以產(chǎn)生獨特的照明圖案和 功能。每個 LED (或 LED 串中的一段) 需要使用自己的轉(zhuǎn)換 器，或者使用自己的并聯(lián)功率開關。可以用具備串行通信功 能的傳統(tǒng)驅(qū)動器/轉(zhuǎn)換器 IC 建立一個矩陣驅(qū)動器，不過一旦 LED 矩陣需要兩個或 3 個以上的開關時，設計一個由分立式 組件組成的解決方案就變得富挑戰(zhàn)性了，因為需要使用一個 尺寸大于 LED 矩陣的組件矩陣。
LT3965 I2C 8開關矩陣式 LED調(diào)光器使得很容易控制大 型或小型 LED 矩陣 (可多達 512 個 LED)。圖 1 顯示了在凌力 爾特演示電路板 DC2218 上運行的 LT3965。
高度集成的設計 ( 參見圖 2 ) 最 大限度減少了所需組 件。可單獨地尋址的  LT3965 通道可以很多方式控制  LED 矩 陣，包括：
●   每個 LT3965 可控制 8 個調(diào)光通道，即一個 LED 串中 的8 個 LED 或 8 段 LED。

圖2   LT3965 60V 8 開關 LED  矩陣調(diào)光器方框圖，包括 8 個功率NMOS并聯(lián)開關 以用于亮度控制、一個故障標志和 I2C 串行通信接口●    8 個通道可控制兩個  RGBW LED 模塊上單獨的紅、
綠、藍和白光，以調(diào)節(jié)亮度、改變儀表板或裝飾照明系統(tǒng)的 色彩。
●    多個 LT3965 可以通過單一通信總線單獨地尋址，以 成倍增加大型陣列中的 LED 串數(shù)目。
●    LT3965 的每個通道可控制多個 LED，或者多個通道 可以組合，以高效地控制在較大電流的單個 LED。
當與合適的恒定電流  LED 驅(qū)動器結(jié)合使用時，矩陣調(diào) 光器 LED 驅(qū)動器允許電腦控制前燈、白天行車燈、剎車燈 和尾燈、側(cè)彎燈、儀表板顯示器以及其他裝飾照明系統(tǒng)中的 單個 LED。LT3965 內(nèi)置的自動故障檢測功能在發(fā)生故障時 保護單獨 LED，并向微控制器報告故障情況。
60V LT3965 包括 8 個集成的330mΩ功率開關，這些 開關可連接一個或多個 LED。這些功率開關作為并聯(lián)器件 使用，斷開特定通道上的 LED 或?qū)@些 LED 進行 PWM 調(diào) 光。這些開關形成了 8 個可單獨地控制亮度的通道 (調(diào)光比高達 256:1)和一個 LED 串上8 個不受故障影響的
LED 段。
當所有 8 個功率開關同時接通時 (所有 LED 都關閉)，LT3965 可應對 500mA LED 串電流。這 些開關可以并聯(lián)連接，使  1A 電流通過4 個 LED 通道，如本文稍后所示。不管  LED 數(shù)量多少或 電流大小，LED 串都必須由恰當設計的轉(zhuǎn)換器驅(qū) 動，該轉(zhuǎn)換器的帶寬必須能夠應對矩陣調(diào)光器的
快速瞬態(tài)。本文中將探討一些參考設計?！?升 壓 然 后 雙 降 壓 模 式 ” 轉(zhuǎn) 換 器
LT3797 以兩個 LT3965在500mA 驅(qū) 動兩個 LED 串，總共 16 個 LED
LT3965 的 8 個并聯(lián)功率開關控制在 500mA 的8 個LED 通道之亮度。8-LED 矩陣調(diào)光器系統(tǒng) 的 LED 串電壓可能在  0V 至 26V 之間，取決于在 給定時間內(nèi)有多少  LED 接通或斷開。要驅(qū)動這 些 LED，建議使用大帶寬、以及不用輸出電容器 或輸出電容器很小的  30V 降壓型轉(zhuǎn)換器。這種降 壓型拓撲要求，9V 至 16V 汽車輸入是“預先升 壓”至 30V 軌，然后降壓型穩(wěn)壓器能夠運作。
   三輸出 LT3797 LED 控制器可以很方便地作為“預先升壓”然后降壓的單個 IC 解決方案使用。該器件的一個通道可以配置為升壓型穩(wěn)壓器，之后跟隨 的是其余兩個通道，配置為降壓型  LED 驅(qū)動器。兩個降壓 型 LED 驅(qū)動器的每一個可驅(qū)動一串矩陣式調(diào)光 LED。這種 拓撲有很多優(yōu)勢，最顯著的是，無論 LED 串的電壓高于還 是低于電池電壓，該電路都會持續(xù)以最佳模式運行。
圖 3 顯示了圖 1 所示演示電路板的原理圖，包括一個 “升壓然后雙降壓模式”轉(zhuǎn)換器  LT3797和 LT3965 矩陣式前 燈調(diào)光系統(tǒng)，該系統(tǒng)共有 16 個 LED，以 500mA 電流運行。 每個 LED 可單獨地控制以接通、斷開或  PWM 調(diào)光至低達
1/256 亮度。LT3797 的 350kHz 開關頻率位于  AM 頻帶以外
(可以很好地降低 EMI)，從同一 350kHz 時鐘產(chǎn)生的 LT3965
170Hz PWM 調(diào)光頻率位于可見光頻率范圍以外。憑借正確 的系統(tǒng)同步，采用LT3797 和 LT3965 的矩陣式前燈可以無閃 爍運行。
LT3797 降壓模式轉(zhuǎn)換器為應對極快的瞬態(tài)而優(yōu)化，使
用很小的輸出電容器或不使用輸出電容器，具備恰當補償

圖3     LT3 965 LE D  矩陣調(diào)光器系統(tǒng)采用了“升壓然后雙降壓模 式”LED  驅(qū)動器 LT3797，兩個 LT3965 矩陣調(diào)光器以汽車電池提供 的 500mA 電流驅(qū)動16 個 LED。I2C 串行通信接口用于控制單個 LED 的亮度和檢查 LED  及通道故障

圖4 基于 PC  的界面使設計師能夠控制并監(jiān)視由 LT3965 驅(qū)動的 LED
圖5   1A LED  矩陣驅(qū)動器整合反相運行的并聯(lián)通道，以實現(xiàn)電流更大的大功率 LED  前燈系統(tǒng)應用
的控制環(huán)路。這些帶寬>30kHz 的轉(zhuǎn)換器可耐受 LED 接通和 關斷以及隨意性 PWM 調(diào)光時產(chǎn)生的快速 LED 瞬變。布設在 LED 檢測電阻器上的一個濾波電容器取代了控制系統(tǒng)中的一個極點，當為實現(xiàn)矩陣式調(diào)光器的快速瞬態(tài)性能而減少或 去除輸出電容器時，該極點會丟失。
從開關節(jié)點引出的一個充電泵用于把  LT3965 VIN引腳 供電至比 LED+電壓高 7V，以使上管通道 NMOS 在被驅(qū)動 時得到全面強化。LT3965 中的低 RDS(ON) NMOS 開關可實現(xiàn)高功率運作而不使 IC 變熱，即使在所有
8 個并聯(lián)開關均導通以關閉整個  LED 燈串時也不例 外。在該場合中，LT3797  LED 驅(qū)動器可安全經(jīng)受由 所有 8 個并聯(lián)開關所造成的虛擬輸出短路而不發(fā)生 任何問題，并且能容易地通過下一個接通的 LED 快 速地調(diào)節(jié) 500mA。
演示電路 DC2218 (圖 1 所示) 采用了圖 3 所示 系統(tǒng)，并通過Linduino? One 演示電路DC2026，用所 連接的 I2C 微控制器控制一個矩陣式前燈。DC2218 用作一個大型Linduino屏蔽罩，串行碼流速率高達
400kHz，可產(chǎn)生不同的前燈照明圖案，并與凌力爾 特的圖形用戶界面(圖 4)接口。
在圖 4 所示的圖形用戶界面 (GUI) 中，LED 亮 度和故障保護功能可以用 ALL CHANNEL MODE 和 SINGLE CHANNEL MODE 命令檢查，并用  FAULT CHECK 讀和寫命令檢查  LED 開路和短路狀態(tài)。無 閃爍運行、故障保護以及瞬態(tài)運行都可以用這個演 示電路系統(tǒng)檢查。DC2218  可以直接插入 12V DC 電 源，而且可以由一個運行該 GUI 的個人電腦控制，或者通
過一個簡單的USB 連接重新設定。（未完待續(xù)）