用集成式8開關(guān)無閃爍驅(qū)動(dòng)器控制矩陣式LED前燈中的單個(gè)LED(下)

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     采用并聯(lián)通道的 1A LED 矩陣驅(qū)動(dòng)器LT 3 9 6 5 可 用 來 驅(qū) 動(dòng) 1 A  L E D 通 道 矩 陣 。 并 聯(lián) 連 接LT3965 的功率開關(guān)很容易，這樣兩個(gè)功率開關(guān)就可以均分1A LED 電流，而每個(gè) LT3965 則控制 4 個(gè) 1A 通道。用并聯(lián) 功率開關(guān)提供較大電流的一種方式是，每個(gè)反相并聯(lián)開關(guān)僅 在 50% PWM 周期內(nèi)運(yùn)行。由于交替運(yùn)行，單個(gè) NMOS 功率 開關(guān)僅在一半時(shí)間內(nèi)通過 1A 電流，所以與同樣一個(gè) NMOS 功率開關(guān)在全部時(shí)間內(nèi)通過  500mA 電流相比，實(shí)際產(chǎn)生的 熱量大約相同。
圖 5 顯示了一個(gè) 1A 矩陣式前燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)的  8 個(gè) LED 由兩個(gè) LT3965 驅(qū)動(dòng)，還采用了一個(gè)“升壓然后雙降壓 模式”轉(zhuǎn)換器 LT3797。當(dāng)進(jìn)行 PWM 調(diào)光時(shí)，LT3797 采用 獨(dú)特的 8 開關(guān) 1/8 周期相位關(guān)系，如圖 6 所示。在這個(gè) 1A 矩陣式系統(tǒng)中，LT3797 的通道成對(duì)并聯(lián)，以便配對(duì)的通道 是反相，相互相差180°，具體而言是通道 8 和 4、7 和 3、
6 和 2 以及 5 和 1 配對(duì)。并聯(lián)通道交替分流，有效地將 PWM 頻率提高了一倍，提供了分散電流和熱量的優(yōu)勢(shì)。要想讓這 正常工作，任何單一并聯(lián)功率開關(guān)的最大占空比都是 50%， 因?yàn)閮蓚€(gè)反相開關(guān)在50% 時(shí)間接通 (每個(gè)開關(guān)在 50% 時(shí)間對(duì)LED分流) 可使 LED 在 100% 時(shí)間內(nèi)斷開。
每個(gè) LT3965 控制 4 個(gè) 1A LED 的亮度，這  4 個(gè) LED 由 兩個(gè) 1A 降壓模式 LT3797 通道驅(qū)動(dòng) (來自 LT3797 升壓的 20V 通道)。這個(gè)堅(jiān)固的大功率系統(tǒng)可以擴(kuò)展，用更多 LT3965 為 更多 LED 供電，或者用更多并聯(lián)通道為  LED 提供更大的電 流?？梢悦總€(gè)通道以  1A 電流驅(qū)動(dòng)兩個(gè) LED 和驅(qū)動(dòng)這個(gè)靈活 前燈系統(tǒng)的功率。

圖6  8 個(gè) LT3965 電源開關(guān)的 1/8 PWM 無閃爍相位，在通過 PWM 調(diào) 光進(jìn)行亮度控制時(shí)限制瞬態(tài)

圖 7  靈活的 LT3965 可驅(qū)動(dòng)不同 LED  串上的 LED  通道，每通道可驅(qū) 動(dòng) 1 至 4 個(gè) LED。(完整的驅(qū)動(dòng)器電路類似于圖  3，但如本圖所示，僅 使用一個(gè) LT3956。)

圖8   本文所示 LED  矩陣驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)具備最小的交叉 通道瞬態(tài)效應(yīng)或根本沒有這種效應(yīng)。例如，轉(zhuǎn)換一半 的通道，本文情況就是同時(shí)接通兩個(gè)、關(guān)斷兩個(gè)，對(duì) 其他 4 個(gè)未操作通道有很小或沒有瞬態(tài)影響。未操作 通道依然保持無閃爍。每通道超 過 一 個(gè) LED
LT 3 9 6 5 的 每 通 道 可 以 支 持 1 至4 個(gè) L E D 。 盡 管 單 獨(dú) 地 控 制 每 一 個(gè) L E D 有 利 于 實(shí) 現(xiàn) 故 障 保 護(hù) 或 高 分 辨 率 的 照 明 圖 案 ， 但 并 不總是有必要這么做。每通道驅(qū)動(dòng)多于一個(gè) LED 可減少系統(tǒng)所需的矩陣式調(diào)光器的數(shù)量，而且就某些設(shè)計(jì)而言，這足以 滿足照明圖案和調(diào)光要求。前燈、信號(hào)燈和尾燈的各個(gè)段可 能有多達(dá) 4 個(gè)亮度相同的 LED。應(yīng)急 LED 燈可能有 3 或 4 個(gè) LED 以相同的圖案閃爍和擺動(dòng)。
圖 7 所示電路顯示了每通道兩個(gè)  LED 的系統(tǒng)，這個(gè)系 統(tǒng)的 LED 數(shù)量與圖 3 所示電路相同，但是僅用了一個(gè)而不 是兩個(gè) LT3965 矩陣式調(diào)光器。
當(dāng)通過 I2C 接口發(fā)來的命令要求 LT3965 接通、斷開或 對(duì)一個(gè)通道調(diào)光時(shí)，受到影響的是由該通道的并聯(lián)功率開關(guān) 所控制之兩個(gè) LED。為了保持在 LT3965 電壓限制范圍內(nèi)，
16 個(gè) 500mA LED 仍然需要分成兩個(gè)串聯(lián)的  LED 串，如圖 2 所示?？梢允褂门c圖 2 中相同的 LT3797 電路，但是僅用單 個(gè) LT3965 控制兩個(gè) LED 串的亮度。這說明，LT3965  中的每 個(gè) NMOS 并聯(lián)功率開關(guān)可以不受其他影響而獨(dú)立地配置， 從而允許無窮多種矩陣設(shè)計(jì)。
     用于無閃爍 PWM 和漸變功能的全通道模式和 單通道模式 I2C 命令LT3965 的 I2C 指令集包括一字、兩字和三字命令。這 些命令通過串行數(shù)據(jù)線 (SDA) 和主控器產(chǎn)生的時(shí)鐘線 (SCL) 以高達(dá) 400kHz 的速度發(fā)送。主微控制器負(fù)責(zé)發(fā)送全通道模 式 (ACM) 或單通道模式 (SCM) 寫命令，以控制 LED 通道的 亮度、漸變、開路門限和短路門限以及 LT3965 地址。
廣播模式 (BCM)、ACM 和 SCM 讀命令要求 LT3965 報(bào)告其寄存器中的內(nèi)容，包括開路和短路寄存器，以進(jìn)行故 障診斷。當(dāng)發(fā)生新的故障時(shí)，LT3965 給出 ALERT 標(biāo)記。確 定哪個(gè) LT3965 報(bào)告了故障以及確定了故障類型和通道后， 微控制器可以對(duì)故障做出響應(yīng)。在多個(gè) LT3965 IC 報(bào)告故障 的情況下，LT3965 可給主器件對(duì)故障報(bào)告排序，以防止差 錯(cuò)信息重疊。這保證了警報(bào)響應(yīng)系統(tǒng)的可靠性和正確性。 LT3965 數(shù)據(jù)表中給出了寄存器和命令集的完整列表。
ACM 寫命令僅用兩個(gè) I2C 字，就可以即時(shí)接通或斷開 單一 LT3965 地址的所有 8 個(gè)通道，這些通道同時(shí)轉(zhuǎn)換到接 通或斷開狀態(tài)。將大量 LED 接通或斷開會(huì)給 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 施加一個(gè)明顯的電流電壓負(fù)載階躍。這里介紹的轉(zhuǎn)換器能從 容地處理這些瞬變，而且?guī)缀趸蛲耆恍枰敵鲭娙萜骱透?帶寬。
如圖 8 所示，對(duì)大量 LED 進(jìn)行通斷轉(zhuǎn)換的 ACM 寫命令不會(huì)使其他通道的  LED 電流產(chǎn)生可見閃爍或大的瞬態(tài)。之 所以產(chǎn)生了如此小和可控的瞬態(tài)，是因?yàn)椴捎昧艘?LT3797 為主構(gòu)成的大帶寬降壓模式轉(zhuǎn)換器。
單通道模式寫命令產(chǎn)生相對(duì)較小和快速的單 LED 瞬 態(tài)。SCM 寫命令一次僅用來將一個(gè)通道設(shè)定為 ON、OFF、 有 漸 變 或 無 漸 變 P W M 調(diào) 光 。 P W M 調(diào) 光 值 在 1 / 2 5 6 和
255/256 之間，通過 3 字寫命令傳送，而 ON 和 OFF 可以用 較短的兩字命令傳送。單個(gè)  SCM 寫命令上的一個(gè)漸變位使 得 LT3965 能夠以內(nèi)部確定的對(duì)數(shù)漸變?cè)趦煞N PWM 調(diào)光級(jí)別 之間移動(dòng)，并且沒有額外的 I2C 通信量。每個(gè)通道的開路和 短路門限可利用 SCM 寫命令在一個(gè)和四個(gè) LED 之間設(shè)定。
      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)是矩陣式調(diào)光器的一種固有優(yōu)勢(shì)。每 個(gè)通道的 NMOS 電源開關(guān)能在 1 和 4 個(gè)串聯(lián) LED 之間進(jìn)行 并聯(lián)分流。傳統(tǒng)的  LED 燈串具備針對(duì)整個(gè)燈串開路或短路 的保護(hù)功能，只有某些 IC 擁有輸出診斷標(biāo)記以指示這些故 障情況。與此完全不同的是，LT3965 能提供針對(duì)個(gè)別通道 短路和開路的保護(hù)并安然度過此類故障，使運(yùn)作通道保持活 動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)記錄和報(bào)告故障情況。
當(dāng)一個(gè) LED 串中發(fā)生故障時(shí)，LT3965 會(huì)檢測(cè)到這個(gè)故 障，并加上 ALERT 標(biāo)記，通知微控制器有問題需要解決。 如果該故障是開路故障，那么  LT3965 會(huì)自動(dòng)接通相應(yīng)的 NMOS 功率開關(guān)，繞過發(fā)生故障的  LED 直至完成全面診斷或故障消除為止。
LT3965 維持針對(duì)每個(gè)通道的開路和短路故障寄存器， 并在發(fā)出 I2C 故障讀命令時(shí)將數(shù)據(jù)返回給微控制器。命令集 包括保持該狀態(tài)寄存器不變的讀命令以及清除該故障寄存器 的讀命令，從而允許進(jìn)行用戶可編程的故障診斷。寄存器可 以通過寫、SCM、ACM、BCM 允許的各種不同模式讀取。
●    單通道模式 (SCM) 讀命令針對(duì)單通道返回開路和短 路寄存器位。SCM 讀命令還檢查開路和短路門限寄存器、 模式控制以及針對(duì)該通道的 8 位 PWM 調(diào)光值。
●    全通道模式 (ACM) 讀命令回送某給定地址之所有通 道的開路和短路寄存器位 (并不清零這些位)，以及所有 8 個(gè) 通道的 ACM ON 和 OFF 位。
●   在具有很多LT3965 矩陣調(diào)光器共享同一總線的復(fù)雜 系統(tǒng)中，廣播模式 (BCM) 讀取操作首先詢問哪個(gè) LT3965 地 址已經(jīng)加上了故障標(biāo)記 (如果有的話)。
●   ACM 和 SCM 讀取操作可用來檢查和清除故障，并讀 取所有寄存器，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)堅(jiān)固的 I2C 通信系統(tǒng)。

同一條總線上可有多達(dá) 16 個(gè)可尋址 LT3965
每個(gè) LT3965 具有四個(gè)用戶可選的地址位，因而可提供
16 個(gè)唯一的總線地址。每個(gè)  ACM 和SCM I2C 命令被發(fā)送至共享通信總線，但只有被尋址的  LT3965 采取行動(dòng)。該總線
上的所有 IC 均遵守 BCM 命令。這種 4 位地址架構(gòu)允許單個(gè) 微控制器和單個(gè) I2C 兩線式通信總線支持多達(dá) 8 x 16 = 128 個(gè) 可個(gè)別控制的通道。采用 LT3965 時(shí)，對(duì)于所有 (要求最高 的除外) 的照明顯示器而言，汽車前照燈、尾燈和裝飾燈中 所有的個(gè)別 LED 皆可由單根 I2C 通信總線和單個(gè)微控制器 來控制。鑒于每個(gè)通道能夠連接至多達(dá) 4 個(gè) LED，因此一個(gè) 相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)可支持針對(duì)最多 512 個(gè) LED 的矩陣式 調(diào)光。

結(jié)論
LT3965 矩陣式 LED 調(diào)光器可控制單個(gè) LED 燈串上的 8 個(gè) LED 亮度通道，從而使照明設(shè)計(jì)師能不受限制地使用精 細(xì)和引人注目的汽車照明設(shè)計(jì)。I2C 通信接口允許一個(gè)微處 理器控制 LED 燈串中個(gè)別 LED 的亮度。I2C 接口中的故障 保護(hù)可確保 LED 照明系統(tǒng)的堅(jiān)固性。該矩陣式調(diào)光器的通 道是多用途的：每個(gè)通道能控制多個(gè) LED；通道可組合以支 持較高電流 LED；或者可利用位于同一根通信總線上的多達(dá)
16 個(gè)矩陣式調(diào)光器 IC 以形成多 LED 系統(tǒng)。在汽車前照燈、 尾燈、前燈、側(cè)燈、儀表板燈和裝飾燈的設(shè)計(jì)中邁出下一 步―─未來就是現(xiàn)在。