智能LED控制及接口在裝飾照明中的應用
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隨著LED在發(fā)光性能、成本等幾乎各個方面的改進，LED的應用范圍越來越廣，但在各應用領域滲透的比例高低不一。如可尋址標志和建筑物照明這樣的商業(yè)應用領域中，LED憑借在色彩、總體擁有成本、工作壽命、可靠性和便利性方面的優(yōu)勢，應用非常廣泛。如在建筑物裝飾照明應用中，使用LED可在建筑物外墻上營造出豐富的色彩，及更好地彰顯建筑物的結(jié)構(gòu)。在移動標志應用中，還可以實時更新交通顯示屏、視頻圖像及廣告牌上的信息。
安森美半導體身為應用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應商，針對各種LED應用提供寬范圍的LED驅(qū)動器方案，其中就包括用于可尋址標志和建筑物裝飾照明兩類常見應用的系列線性驅(qū)動器(詳見下表)。這些驅(qū)動器能夠精確地穩(wěn)定LED電流，并包含可編程接口，利于軟件控制。本文將以CAT4008、CAT4103和CAT9552為例，分別闡述其主要功能和基本工作原理，便于工程師的選型設計。
表1：安森美半導體應用于標志及建筑物裝飾照明的系列智能LED控制/驅(qū)動器。
針對LED廣告牌等應用的恒流汲入型LED驅(qū)動器
諸如廣告牌標志、滾動橫幅、智能車輛標志和體育計分板等LED應用需要采用多顆LED，通常包含多串LED，要求LED驅(qū)動方案提供恒定的光輸出，不同通道間的電流匹配精度要高，要提供易用的接口來控制不同LED通道，并且要具備可靠的保護功能。安森美半導體針對這類應用的方案包括CAT4008和CAT4106等恒流LED汲入型驅(qū)動器，其中前者支持8通道，后者支持16通道。
以CAT4008為例，典型LED通道匹配精度達±1.5%，且LED通道能夠在輸出電壓低至0.4V(當LED電流為2~100 mA時)時保持穩(wěn)流狀態(tài)，在應用設計中可以此實現(xiàn)更高的電源效率。圖1左側(cè)顯示的是CAT4008的框圖，不同引腳的詳細功能說明參見參考資料[1]。這器件使用8路緊密匹配的汲電流來對每個通道的LED電流進行穩(wěn)流，而外部電阻RSET用于將LED通道電流設定為RSET電流的約51倍。由于每個通道包含獨立電流感測電路，故CAT4008能夠為所有通道都提供緊密的穩(wěn)流。在大多數(shù)電流和電源電壓條件下LED通道的最大壓降為0.4 V，幫助改善散熱及提升LED驅(qū)動器能效。上電時，欠壓鎖定電路清除所有閂鎖及移位寄存器信息，并將所有輸出設置為關閉。一旦達到欠壓鎖定閾值，就可以設定器件。驅(qū)動器將每個連續(xù)LED輸出通道的激活時間各延遲17納秒(典型值)，即LED2相對LED1延遲17納秒，LED3相對LED1延遲34納秒，并依次類推。延遲在閂鎖(LATCH)引腳激活時引入，從而將LED電源上的浪涌電流降至最低，從而能夠使用更小的旁路電容。
速度高達25MHz的高速、四線(4-Wire)串行接口通過移位寄存器和鎖存架構(gòu)控制8通道中的每一個LED通道。串行數(shù)據(jù)輸出引腳允許多個器件通過同一個串行接口串聯(lián)使用。CAT4008還有輸出關閉引腳，該引腳可被用來關閉所有LED通道，而不必依賴串口發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，CAT4008還具備熱保護功能，在芯片溫度超過許可限度時關閉LED輸出。
圖1：安森美半導體8通道恒流LED汲入型驅(qū)動器CAT4008框圖及應用示例。
高亮度、高視覺沖擊力建筑物照明應用的RGB LED像素驅(qū)動器
某些旨在營造高視覺沖擊力效果的建筑物裝飾照明應用使用高亮度的LED，要求LED驅(qū)動器能夠驅(qū)動高亮度的RGB LED，并且要具備高速接口，從而支持高數(shù)據(jù)率并確保維持高數(shù)據(jù)完整性，還需要具備超低的壓降，從而提供更高的能效。
安森美半導體適合這類應用的LED驅(qū)動器包括的帶獨立電流控制功能的三通道恒流RGB LED像素驅(qū)動器CAT4103和CAT4109。其中，CAT4103為高端、多色彩、“智能”LED建筑物照明應用而設計，具有高速串行接口，能支持達25 MHz的數(shù)據(jù)率，提供完全緩沖的數(shù)據(jù)輸出，確保在分布式(長距離)、菊花鏈型照明系統(tǒng)中維持最高的數(shù)據(jù)完整性。而CAT4109使用并行接口，每條通道具有專門的脈寬調(diào)制(PWM)控制，非常適合更常規(guī)的LED視覺效果應用，如混色和建筑物重點照明。
圖2：安森美半導體CAT4103框圖、典型應用電路圖及應用示例。
CAT4103和CAT4109都支持每通道達175 mA的寬廣范圍LED恒流驅(qū)動，電流為60 mA時壓降電平至0.3 V ，確保在驅(qū)動長串LED時提供最高性能。這些驅(qū)動器每通道支持25 V的電壓電平，能夠以超過10瓦(W)的高亮度功率電平支持RGB像素。
CAT4103和CAT4109是安森美半導體恒流低壓降驅(qū)動器(LDO?)產(chǎn)品線的兩款產(chǎn)品，這產(chǎn)品線還包括CAT4101和CAT4104等，其中，CAT4101提供高精度的1 A電流驅(qū)動能力，而CAT4104是一款四通道的恒流LED驅(qū)動器，適合通用及建筑物照明、汽車照明、LCD背光等應用。
I2C指示器驅(qū)動器及端口擴展器
市場上可以看到諸如由閃爍LED組成的廣告銷售標牌和具備開/關LED指示器的各種消費或工業(yè)用設備，這些應用需要能夠控制各個LED單獨導通/關閉或以某種頻率來閃爍的驅(qū)動方案，安森美半導體的16通道I2C LED指示器及端口擴展器CAT9532和CAT9552就是適合這類應用的兩款產(chǎn)品。
CAT9532和CAT9552提供16位并行輸入/輸出(I/O)端口擴展器，優(yōu)化用于LED調(diào)光控制，輸出能夠直接驅(qū)動并聯(lián)的16顆LED(每通道電流25 mA)，每個LED都可以單獨導通、關閉，或以兩種可編程速率中的一種來閃爍。兩款器件的I/O均可用作通用I/O(GPIO)，未被用于控制LED的端口能夠當成普通端口來使用(參見圖3)。
圖3：CAT9552典型應用電路圖。
這兩款器件適合于需要限制總線流量或清空總線主控定時器的I2C和SMBus應用。兩款器件都包含內(nèi)部振蕩器和驅(qū)動LED輸出的兩個脈寬調(diào)制(PWM)信號，用戶可以設定每個獨立PWM信號的周期和占空比。CAT9532的可選可編程閃爍頻率范圍為0.593 Hz至152 Hz，CAT9552為0.172 Hz至44 Hz，兩款器件的占空比為0%至99.6%，適合的具體應用包括背光、RGB混色、傳感器控制、電源開關/按鈕、報警系統(tǒng)、辦公設備、家電控制面板和銷售點(POS)顯示屏等。
總結(jié)：
本文分析了常見的LED控制應用及其對驅(qū)動/控制方案的基本要求，介紹了安森美半導體用于這些應用的主要產(chǎn)品及其特點。而安森美半導體身為應用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應商，提供涵蓋1 至數(shù)百瓦功率范圍的LED照明驅(qū)動及PFC解決方案，適合包括本文所述LED控制應用在內(nèi)的寬廣應用范圍，而無論LED照明應用采用的是AC-DC電源、DC-DC電源或是電池供電，并滿足客戶對低成本、高性價比、高能效的要求。
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