用集成式8開(kāi)關(guān)無(wú)閃爍驅動(dòng)器控制矩陣式LED前燈中的單個(gè)LED(上)

     LED 兼具設計靈活性和堅固、實(shí)用的電路，使汽車(chē)設計師能夠用其設計引人注目和具備極長(cháng)壽命和高性能的前 燈。汽車(chē)設計師越來(lái)越多地在照明系統中采用 LED，因為 LED 可用來(lái)產(chǎn)生獨具特色、引人注目的設計，有助于區分 新型號和老型號，或者區分高端車(chē)型和經(jīng)濟車(chē)型。
     毫無(wú)疑問(wèn)，汽車(chē) LED 照明時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，但是尚未發(fā) 揮出最大潛力。未來(lái)車(chē)型將采用更多  LED 燈，LED 燈將有 新的形狀和顏色，對單個(gè) LED 的控制將增強。簡(jiǎn)單的 LED 串將讓位于 LED 矩陣，通過(guò)電腦控制可以對矩陣中的每一 個(gè) LED 單獨地調光，從而能夠實(shí)時(shí)實(shí)現無(wú)限多種生動(dòng)的照 明圖案。這種未來(lái)已經(jīng)近在咫尺：凌力爾特公司的 LT3965

圖1      L T39 6 5  L ED   矩陣調光器演示電路板  DC221 8  作為 Linduino(DC2026)的屏蔽罩使用。這個(gè)演示電路板驅動(dòng)前燈、轉向信 號燈、尾燈和裝飾燈，可通過(guò) USB 電纜連接到凌力爾特圖形用戶(hù)界面， 以進(jìn)行評估
LED 矩陣驅動(dòng)器使汽車(chē)照明設計很容易再向前邁進(jìn)一步。

     用單個(gè) IC 通過(guò) I2C 控制 8 個(gè)功率開(kāi)關(guān)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(guò)控制  LED 串中單個(gè) LED 的亮 度，因而利用了 LED 與生俱來(lái)的優(yōu)勢。
從理論上說(shuō)，利用電腦控制的功率開(kāi)關(guān)以控制 LED 矩 陣中的單個(gè) LED并不困難，從而讓單個(gè) LED 接通或斷開(kāi)， 或對單個(gè) LED 進(jìn)行 PWM 調光，以產(chǎn)生獨特的照明圖案和 功能。每個(gè) LED (或 LED 串中的一段) 需要使用自己的轉換 器，或者使用自己的并聯(lián)功率開(kāi)關(guān)?？梢杂镁邆浯型ㄐ殴?能的傳統驅動(dòng)器/轉換器 IC 建立一個(gè)矩陣驅動(dòng)器，不過(guò)一旦 LED 矩陣需要兩個(gè)或 3 個(gè)以上的開(kāi)關(guān)時(shí)，設計一個(gè)由分立式 組件組成的解決方案就變得富挑戰性了，因為需要使用一個(gè) 尺寸大于 LED 矩陣的組件矩陣。
LT3965 I2C 8開(kāi)關(guān)矩陣式 LED調光器使得很容易控制大 型或小型 LED 矩陣 (可多達 512 個(gè) 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(jiàn)圖 2 ) 最 大限度減少了所需組 件?？蓡为毜貙ぶ返? LT3965 通道可以很多方式控制  LED 矩 陣，包括：
●   每個(gè) LT3965 可控制 8 個(gè)調光通道，即一個(gè) LED 串中 的8 個(gè) LED 或 8 段 LED。

圖2   LT3965 60V 8 開(kāi)關(guān) LED  矩陣調光器方框圖，包括 8 個(gè)功率NMOS并聯(lián)開(kāi)關(guān) 以用于亮度控制、一個(gè)故障標志和 I2C 串行通信接口●    8 個(gè)通道可控制兩個(gè)  RGBW LED 模塊上單獨的紅、
綠、藍和白光，以調節亮度、改變儀表板或裝飾照明系統的 色彩。
●    多個(gè) LT3965 可以通過(guò)單一通信總線(xiàn)單獨地尋址，以 成倍增加大型陣列中的 LED 串數目。
●    LT3965 的每個(gè)通道可控制多個(gè) LED，或者多個(gè)通道 可以組合，以高效地控制在較大電流的單個(gè) LED。
當與合適的恒定電流  LED 驅動(dòng)器結合使用時(shí)，矩陣調 光器 LED 驅動(dòng)器允許電腦控制前燈、白天行車(chē)燈、剎車(chē)燈 和尾燈、側彎燈、儀表板顯示器以及其他裝飾照明系統中的 單個(gè) LED。LT3965 內置的自動(dòng)故障檢測功能在發(fā)生故障時(shí) 保護單獨 LED，并向微控制器報告故障情況。
60V LT3965 包括 8 個(gè)集成的330mΩ功率開(kāi)關(guān)，這些 開(kāi)關(guān)可連接一個(gè)或多個(gè) LED。這些功率開(kāi)關(guān)作為并聯(lián)器件 使用，斷開(kāi)特定通道上的 LED 或對這些 LED 進(jìn)行 PWM 調 光。這些開(kāi)關(guān)形成了 8 個(gè)可單獨地控制亮度的通道 (調光比高達 256:1)和一個(gè) LED 串上8 個(gè)不受故障影響的
LED 段。
當所有 8 個(gè)功率開(kāi)關(guān)同時(shí)接通時(shí) (所有 LED 都關(guān)閉)，LT3965 可應對 500mA LED 串電流。這 些開(kāi)關(guān)可以并聯(lián)連接，使  1A 電流通過(guò)4 個(gè) LED 通道，如本文稍后所示。不管  LED 數量多少或 電流大小，LED 串都必須由恰當設計的轉換器驅 動(dòng)，該轉換器的帶寬必須能夠應對矩陣調光器的
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 換 器
LT3797 以?xún)蓚€(gè) LT3965在500mA 驅 動(dòng)兩個(gè) LED 串，總共 16 個(gè) LED
LT3965 的 8 個(gè)并聯(lián)功率開(kāi)關(guān)控制在 500mA 的8 個(gè)LED 通道之亮度。8-LED 矩陣調光器系統 的 LED 串電壓可能在  0V 至 26V 之間，取決于在 給定時(shí)間內有多少  LED 接通或斷開(kāi)。要驅動(dòng)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 降壓型轉換器。這種降 壓型拓撲要求，9V 至 16V 汽車(chē)輸入是“預先升 壓”至 30V 軌，然后降壓型穩壓器能夠運作。
   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(gè) IC 解決方案使用。該器件的一個(gè)通道可以配置為升壓型穩壓器，之后跟隨 的是其余兩個(gè)通道，配置為降壓型  LED 驅動(dòng)器。兩個(gè)降壓 型 LED 驅動(dòng)器的每一個(gè)可驅動(dòng)一串矩陣式調光 LED。這種 拓撲有很多優(yōu)勢，最顯著(zhù)的是，無(wú)論 LED 串的電壓高于還 是低于電池電壓，該電路都會(huì )持續以最佳模式運行。
圖 3 顯示了圖 1 所示演示電路板的原理圖，包括一個(gè) “升壓然后雙降壓模式”轉換器  LT3797和 LT3965 矩陣式前 燈調光系統，該系統共有 16 個(gè) LED，以 500mA 電流運行。 每個(gè) LED 可單獨地控制以接通、斷開(kāi)或  PWM 調光至低達
1/256 亮度。LT3797 的 350kHz 開(kāi)關(guān)頻率位于  AM 頻帶以外
(可以很好地降低 EMI)，從同一 350kHz 時(shí)鐘產(chǎn)生的 LT3965
170Hz PWM 調光頻率位于可見(jiàn)光頻率范圍以外。憑借正確 的系統同步，采用LT3797 和 LT3965 的矩陣式前燈可以無(wú)閃 爍運行。
LT3797 降壓模式轉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  矩陣調光器系統采用了“升壓然后雙降壓模 式”LED  驅動(dòng)器 LT3797，兩個(gè) LT3965 矩陣調光器以汽車(chē)電池提供 的 500mA 電流驅動(dòng)16 個(gè) LED。I2C 串行通信接口用于控制單個(gè) 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視由 LT3965 驅動(dòng)的 LED
圖5   1A LED  矩陣驅動(dòng)器整合反相運行的并聯(lián)通道，以實(shí)現電流更大的大功率 LED  前燈系統應用
的控制環(huán)路。這些帶寬>30kHz 的轉換器可耐受 LED 接通和 關(guān)斷以及隨意性 PWM 調光時(shí)產(chǎn)生的快速 LED 瞬變。布設在 LED 檢測電阻器上的一個(gè)濾波電容器取代了控制系統中的一個(gè)極點(diǎn)，當為實(shí)現矩陣式調光器的快速瞬態(tài)性能而減少或 去除輸出電容器時(shí)，該極點(diǎn)會(huì )丟失。
從開(kāi)關(guān)節點(diǎn)引出的一個(gè)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 在被驅動(dòng) 時(shí)得到全面強化。LT3965 中的低 RDS(ON) NMOS 開(kāi)關(guān)可實(shí)現高功率運作而不使 IC 變熱，即使在所有
8 個(gè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)均導通以關(guān)閉整個(gè)  LED 燈串時(shí)也不例 外。在該場(chǎng)合中，LT3797  LED 驅動(dòng)器可安全經(jīng)受由 所有 8 個(gè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)所造成的虛擬輸出短路而不發(fā)生 任何問(wèn)題，并且能容易地通過(guò)下一個(gè)接通的 LED 快 速地調節 500mA。
演示電路 DC2218 (圖 1 所示) 采用了圖 3 所示 系統，并通過(guò)Linduino? One 演示電路DC2026，用所 連接的 I2C 微控制器控制一個(gè)矩陣式前燈。DC2218 用作一個(gè)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(hù)界面(圖 4)接口。
在圖 4 所示的圖形用戶(hù)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(xiě)命令檢查  LED 開(kāi)路和短路狀態(tài)。無(wú) 閃爍運行、故障保護以及瞬態(tài)運行都可以用這個(gè)演 示電路系統檢查。DC2218  可以直接插入 12V DC 電 源，而且可以由一個(gè)運行該 GUI 的個(gè)人電腦控制，或者通
過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的USB 連接重新設定。（未完待續）