如何消除彩色LED顯示系統(tǒng)中的假像電流

　　復(fù)用LED驅(qū)動(dòng)器有助于提高效率，降低成本;然而設(shè)計(jì)復(fù)用LED電路比較棘手。設(shè)計(jì)不好的電路會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生不需要的LED電流和假像。本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了與復(fù)用LED相關(guān)的問(wèn)題，解釋怎樣利用MAX6972–MAX6975系列脈沖寬度調(diào)制LED驅(qū)動(dòng)器消息電路板來(lái)克服這些問(wèn)題。

　　MAX6972–MAX6975是恒流LED驅(qū)動(dòng)器，用于高速彩色和視頻顯示電路板。MAX6972/MAX6973可直接驅(qū)動(dòng)16個(gè)LED，或者32個(gè)復(fù)用LED，而MAX6974/MAX6975可直接驅(qū)動(dòng)24個(gè)LED，或者48個(gè)復(fù)用LED。復(fù)用工作的好處是加倍了每個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的LED數(shù)量，因此，切實(shí)降低了成本。

　　然而，設(shè)計(jì)不好的LED復(fù)用電路會(huì)產(chǎn)生假像。LED處于關(guān)斷狀態(tài)(即，沒(méi)有電流流過(guò))，當(dāng)雜散電流流過(guò)LED時(shí)會(huì)出現(xiàn)假像;這導(dǎo)致非常微弱的顯示或者假像。這些假像電流一般來(lái)自和LED共陽(yáng)極長(zhǎng)走線相關(guān)的離散電容，以及本身略有前向偏置的LED導(dǎo)致的離散電容。通過(guò)仔細(xì)的復(fù)用電路設(shè)計(jì)，MAX6972–MAX6975系列恒流LED驅(qū)動(dòng)器可以防止顯示系統(tǒng)中出現(xiàn)這種假像。

　　典型復(fù)用電路

　　圖1所示為MAX6972–MAX6975 (也稱為MAX6972和MAX6974評(píng)估板)典型的復(fù)用電路。

　　復(fù)用晶體管(Q1和Q3)被MAX6972–MAX6975交替接通，而恒流吸收驅(qū)動(dòng)引腳(OUT0–OUTn)交替控制兩個(gè)狀態(tài)之間的設(shè)置。在狀態(tài)1，/MUX1為低電平，Q1接通，節(jié)點(diǎn)A被上拉至VLED，因此，將所有的綠色LED陽(yáng)極連接至LED電源。同樣的，在狀態(tài)0，/MUX0為低電平，Q3接通，將所有的紅色LED連接至VLED電源。/MUX0和/MUX1輸出通過(guò)開(kāi)漏驅(qū)動(dòng)電路，吸收流過(guò)562Ω電阻的基極電流，接通pnp晶體管。當(dāng)/MUX0和/MUX1關(guān)斷時(shí)，開(kāi)漏輸出實(shí)際是開(kāi)路電路，使基極發(fā)射極電阻(每個(gè)為182Ω)能夠關(guān)斷pnp晶體管。在每一/MUX0和/MUX1狀態(tài)之間，Q1和Q3都關(guān)斷16個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期(CLKI)，如圖2中的tEMUX所示。

　　典型電路中的假像電流

　　當(dāng)復(fù)用狀態(tài)從/MUX0變到/MUX1時(shí)，雜散電流會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)假像，反之亦然。復(fù)用電路的LED是不同顏色(發(fā)光波長(zhǎng))時(shí)，這種效應(yīng)最為明顯，因此，在某些電流情況下，電壓降會(huì)有很大的不同。

　　為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在后面的討論中簡(jiǎn)化了圖1復(fù)用電路，只顯示一個(gè)紅色和一個(gè)綠色LED。在下面的例子中，/MUX0通過(guò)Q3來(lái)驅(qū)動(dòng)紅色LED，/MUX1通過(guò)Q1來(lái)驅(qū)動(dòng)綠色LED。

　　LED的電壓降是：VRED=2.0V;VGREEN=3.1V

　　電源是：V+=3.3V;VLED=5.0V

　　狀態(tài)0可以很好的描述具有不同前向電壓降復(fù)用LED導(dǎo)致的雜散電流，其中/MUX0被置位為低電平，紅色LED點(diǎn)亮(圖3)。

　　Q3接通后，紅色LED (節(jié)點(diǎn)B)陽(yáng)極被上拉至4.9V。電流流過(guò)工作端口(即，驅(qū)動(dòng)LED任意PWM周期的通道)的紅色LED和恒流驅(qū)動(dòng)器(OUT0)。節(jié)點(diǎn)B (顯示為集總參數(shù)CB)的雜散電容被充電至4.9V。LED陰極被強(qiáng)拉至以下電壓，大約等于：

　　4.9V - VRED="2".9V(式1)

　　狀態(tài)0結(jié)束時(shí)，OUT0驅(qū)動(dòng)器停止工作，/MUX0變?yōu)楦唠娖?無(wú)效)，從LED電源斷開(kāi)陽(yáng)極電壓。由于沒(méi)有放電通路，紅色LED PN結(jié)上的電壓仍舊保持接近2.0V前向電壓降。同樣的，由于沒(méi)有放電通路，雜散節(jié)點(diǎn)電容上的電壓VCB仍保持為4.9V。這一電壓狀態(tài)在16個(gè)CLKI周期的中間狀態(tài)階段保持不變。

　　當(dāng)狀態(tài)1開(kāi)始時(shí)，/MUX0被置位為低電平，Q1接通，綠色LED的陽(yáng)極被連接至5V，所選LED的OUT0電流驅(qū)動(dòng)器開(kāi)始工作。最終穩(wěn)定狀態(tài)如圖4所示。

　　陰極電壓低于綠色LED電壓降，大約等于：

　　4.9V - VGREEN="1".8V(式2)

　　紅色LED陰極上的1.8V電壓表明陽(yáng)極不能高于1.8V + VRED="3".8V。在狀態(tài)1開(kāi)始時(shí)，共陰極電壓(圖中的OUT0電壓)必須從2.9V變到1.8V。這一電壓變化要求CB從4.9V放電至3.8V，甚至更低。流過(guò)紅色LED的CB放電電流導(dǎo)致顯示微弱閃爍，如圖5所示。

　　在前面的狀態(tài)中，無(wú)論紅色LED接通還是關(guān)斷，一直會(huì)有CB放電電流。在狀態(tài)0，節(jié)點(diǎn)B的電壓總是被充電至4.9V。由于共享共陰極連接時(shí)，VRED小于VGREEN，節(jié)點(diǎn)B將通過(guò)紅色LED放電。取決于各種LED上前向電壓降的略微不同，CB放電會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或者多個(gè)紅色LED的微弱閃爍，如圖1所示。

　　消除假像電流

　　為雜散節(jié)點(diǎn)電容提供一個(gè)放電通路以及有足夠的時(shí)間進(jìn)行放電，可消除假像電流。這可以通過(guò)加入電阻R1和R2來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。在復(fù)用狀態(tài)的空閑周期中，選擇合適的電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)足夠的放電。

　　調(diào)整電阻R1和R2，在中間狀態(tài)間隔對(duì)節(jié)點(diǎn)A和B進(jìn)行放電，防止開(kāi)始下一工作周期時(shí)的LED前向偏置。在所示的例子中，開(kāi)始狀態(tài)1之前，節(jié)點(diǎn)B必須由4.9V放電至低于3.8V。

　　由系統(tǒng)時(shí)鐘頻率控制中間狀態(tài)時(shí)間，最大時(shí)鐘頻率為33MHz。采用這一最大頻率，可以確定R2值。

　　中間狀態(tài)時(shí)間(圖2中的tEMUX)來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘頻率：

　　tCLKI=1/33MHz=30.3ns(式3)

　　以及

　　tEMUX=16×tCLKI=485ns(式4)

　　每個(gè)LED為150pF (來(lái)自走線、封裝引線和LED PN結(jié)少量偏置的組合電容)，乘上每個(gè)節(jié)點(diǎn)的8個(gè)LED，可估算出大概的雜散陽(yáng)極電容：

　　CB=CA=150pF×8=1.2nF(式5)

　　將上面的數(shù)值代入到該方程中，可以估算出CB所需要的放電電流：

　　IDIS_B=CB×ΔVCB/Δt(式6)

　　將上面的數(shù)值代入到該方程中，可以估算出CB所需要的放電電流：

　　IDIS_B=1.2nF×(4.9V - 3.8V)/485ns

　　IDIS_B=2.7mA

　　在需要范圍內(nèi)以最低電壓產(chǎn)生額定2.7mA放電電流的電阻值為：

　　R2=3.8V/2.7mA(式7)

　　R2=1.4kΩ

　　可以對(duì)IDIS_A和CA進(jìn)行相同的計(jì)算。然而，由于LED前向電壓降作用不同，假像電流在狀態(tài)1到狀態(tài)0轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)有不同的影響。在圖6電路中，可以看出，狀態(tài)1至狀態(tài)0轉(zhuǎn)換時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)假像電流。然而，R1和R2的值相同，/MUX0和/MUX1狀態(tài)之間的紅色和綠色LED可間插使用。

　　電阻R1和R2為每一狀態(tài)期間的晶體管Q1和Q3加入一個(gè)較小的電流負(fù)載：

　　IRn=4.9V/1.4kΩ=3.5mA(式8)

　　電流并沒(méi)有流過(guò)恒流驅(qū)動(dòng)器輸出OUT0，也沒(méi)有流過(guò)LED，因此，不會(huì)影響經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的LED電流。

　　結(jié)論

　　MAX6972–MAX6975復(fù)用電路可確保中間狀態(tài)駐留時(shí)間，用于雜散節(jié)點(diǎn)電容放電，從而消除了復(fù)用顯示系統(tǒng)的假像電流。每個(gè)MAX6972–MAX6975器件以非常小的成本加入兩個(gè)電阻，保證了清晰的圖像顯示，不會(huì)產(chǎn)生假像。