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(下)

接上篇
     采用并聯(lián)通道的 1A LED 矩陣驅動(dòng)器LT 3 9 6 5 可 用 來(lái) 驅 動(dòng) 1 A  L E D 通 道 矩 陣 。 并 聯(lián) 連 接LT3965 的功率開(kāi)關(guān)很容易，這樣兩個(gè)功率開(kāi)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(kāi)關(guān)提供較大電流的一種方式是，每個(gè)反相并聯(lián)開(kāi)關(guān)僅 在 50% PWM 周期內運行。由于交替運行，單個(gè) NMOS 功率 開(kāi)關(guān)僅在一半時(shí)間內通過(guò) 1A 電流，所以與同樣一個(gè) NMOS 功率開(kāi)關(guān)在全部時(shí)間內通過(guò)  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，該系統的  8 個(gè) LED 由兩個(gè) LT3965 驅動(dòng)，還采用了一個(gè)“升壓然后雙降壓 模式”轉換器 LT3797。當進(jìn)行 PWM 調光時(shí)，LT3797 采用 獨特的 8 開(kāi)關(guān) 1/8 周期相位關(guān)系，如圖 6 所示。在這個(gè) 1A 矩陣式系統中，LT3797 的通道成對并聯(lián)，以便配對的通道 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。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。要想讓這 正常工作，任何單一并聯(lián)功率開(kāi)關(guān)的最大占空比都是 50%， 因為兩個(gè)反相開(kāi)關(guān)在50% 時(shí)間接通 (每個(gè)開(kāi)關(guān)在 50% 時(shí)間對LED分流) 可使 LED 在 100% 時(shí)間內斷開(kāi)。
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 通道驅動(dòng) (來(lái)自 LT3797 升壓的 20V 通道)。這個(gè)堅固的大功率系統可以擴展，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 電流驅動(dòng)兩個(gè) LED 和驅動(dòng)這個(gè)靈活 前燈系統的功率。

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

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

圖8   本文所示 LED  矩陣驅動(dòng)器設計具備最小的交叉 通道瞬態(tài)效應或根本沒(méi)有這種效應。例如，轉換一半 的通道，本文情況就是同時(shí)接通兩個(gè)、關(guān)斷兩個(gè)，對 其他 4 個(gè)未操作通道有很小或沒(méi)有瞬態(tài)影響。未操作 通道依然保持無(wú)閃爍。每通道超 過(guò) 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 地 控 制 每 一 個(gè) L E D 有 利 于 實(shí) 現 故 障 保 護 或 高 分 辨 率 的 照 明 圖 案 ， 但 并 不總是有必要這么做。每通道驅動(dòng)多于一個(gè) LED 可減少系統所需的矩陣式調光器的數量，而且就某些設計而言，這足以 滿(mǎn)足照明圖案和調光要求。前燈、信號燈和尾燈的各個(gè)段可 能有多達 4 個(gè)亮度相同的 LED。應急 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，這個(gè)系 統的 LED 數量與圖 3 所示電路相同，但是僅用了一個(gè)而不 是兩個(gè) LT3965 矩陣式調光器。
當通過(guò) I2C 接口發(fā)來(lái)的命令要求 LT3965 接通、斷開(kāi)或 對一個(gè)通道調光時(shí)，受到影響的是由該通道的并聯(lián)功率開(kāi)關(guān) 所控制之兩個(gè) LED。為了保持在 LT3965 電壓限制范圍內，
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(shuō)明，LT3965  中的每 個(gè) NMOS 并聯(lián)功率開(kāi)關(guān)可以不受其他影響而獨立地配置， 從而允許無(wú)窮多種矩陣設計。
     用于無(wú)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(guò)串行數據線(xiàn) (SDA) 和主控器產(chǎn)生的時(shí)鐘線(xiàn) (SCL) 以高達 400kHz 的速度發(fā)送。主微控制器負責發(fā)送全通道模 式 (ACM) 或單通道模式 (SCM) 寫(xiě)命令，以控制 LED 通道的 亮度、漸變、開(kāi)路門(mén)限和短路門(mén)限以及 LT3965 地址。
廣播模式 (BCM)、ACM 和 SCM 讀命令要求 LT3965 報告其寄存器中的內容，包括開(kāi)路和短路寄存器，以進(jìn)行故 障診斷。當發(fā)生新的故障時(shí)，LT3965 給出 ALERT 標記。確 定哪個(gè) LT3965 報告了故障以及確定了故障類(lèi)型和通道后， 微控制器可以對故障做出響應。在多個(gè) LT3965 IC 報告故障 的情況下，LT3965 可給主器件對故障報告排序，以防止差 錯信息重疊。這保證了警報響應系統的可靠性和正確性。 LT3965 數據表中給出了寄存器和命令集的完整列表。
ACM 寫(xiě)命令僅用兩個(gè) I2C 字，就可以即時(shí)接通或斷開(kāi) 單一 LT3965 地址的所有 8 個(gè)通道，這些通道同時(shí)轉換到接 通或斷開(kāi)狀態(tài)。將大量 LED 接通或斷開(kāi)會(huì )給 DC/DC 轉換器 施加一個(gè)明顯的電流電壓負載階躍。這里介紹的轉換器能從 容地處理這些瞬變，而且幾乎或完全不需要輸出電容器和高 帶寬。
如圖 8 所示，對大量 LED 進(jìn)行通斷轉換的 ACM 寫(xiě)命令不會(huì )使其他通道的  LED 電流產(chǎn)生可見(jiàn)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)，是因為采用了以 LT3797 為主構成的大帶寬降壓模式轉換器。
單通道模式寫(xiě)命令產(chǎn)生相對較小和快速的單 LED 瞬 態(tài)。SCM 寫(xiě)命令一次僅用來(lái)將一個(gè)通道設定為 ON、OFF、 有 漸 變 或 無(wú) 漸 變 P W M 調 光 。 P W M 調 光 值 在 1 / 2 5 6 和
255/256 之間，通過(guò) 3 字寫(xiě)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(xiě)命令上的一個(gè)漸變位使 得 LT3965 能夠以?xún)炔看_定的對數漸變在兩種 PWM 調光級別 之間移動(dòng)，并且沒(méi)有額外的 I2C 通信量。每個(gè)通道的開(kāi)路和 短路門(mén)限可利用 SCM 寫(xiě)命令在一個(gè)和四個(gè) LED 之間設定。
      每個(gè)通道的 LED 短路和開(kāi)路故障保護短路和開(kāi)路保護是矩陣式調光器的一種固有優(yōu)勢。每 個(gè)通道的 NMOS 電源開(kāi)關(guān)能在 1 和 4 個(gè)串聯(lián) LED 之間進(jìn)行 并聯(lián)分流。傳統的  LED 燈串具備針對整個(gè)燈串開(kāi)路或短路 的保護功能，只有某些 IC 擁有輸出診斷標記以指示這些故 障情況。與此完全不同的是，LT3965 能提供針對個(gè)別通道 短路和開(kāi)路的保護并安然度過(guò)此類(lèi)故障，使運作通道保持活 動(dòng)和運行狀態(tài)，同時(shí)記錄和報告故障情況。
當一個(gè) LED 串中發(fā)生故障時(shí)，LT3965 會(huì )檢測到這個(gè)故 障，并加上 ALERT 標記，通知微控制器有問(wèn)題需要解決。 如果該故障是開(kāi)路故障，那么  LT3965 會(huì )自動(dòng)接通相應的 NMOS 功率開(kāi)關(guān)，繞過(guò)發(fā)生故障的  LED 直至完成全面診斷或故障消除為止。
LT3965 維持針對每個(gè)通道的開(kāi)路和短路故障寄存器， 并在發(fā)出 I2C 故障讀命令時(shí)將數據返回給微控制器。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(hù)可編程的故障診斷。寄存器可 以通過(guò)寫(xiě)、SCM、ACM、BCM 允許的各種不同模式讀取。
●    單通道模式 (SCM) 讀命令針對單通道返回開(kāi)路和短 路寄存器位。SCM 讀命令還檢查開(kāi)路和短路門(mén)限寄存器、 模式控制以及針對該通道的 8 位 PWM 調光值。
●    全通道模式 (ACM) 讀命令回送某給定地址之所有通 道的開(kāi)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 矩陣調光器共享同一總線(xiàn)的復雜 系統中，廣播模式 (BCM) 讀取操作首先詢(xún)問(wèn)哪個(gè) LT3965 地 址已經(jīng)加上了故障標記 (如果有的話(huà))。
●   ACM 和 SCM 讀取操作可用來(lái)檢查和清除故障，并讀 取所有寄存器，以實(shí)現一個(gè)堅固的 I2C 通信系統。

同一條總線(xiàn)上可有多達 16 個(gè)可尋址 LT3965
每個(gè) LT3965 具有四個(gè)用戶(hù)可選的地址位，因而可提供
16 個(gè)唯一的總線(xiàn)地址。每個(gè)  ACM 和SCM I2C 命令被發(fā)送至共享通信總線(xiàn)，但只有被尋址的  LT3965 采取行動(dòng)。該總線(xiàn)
上的所有 IC 均遵守 BCM 命令。這種 4 位地址架構允許單個(gè) 微控制器和單個(gè) I2C 兩線(xiàn)式通信總線(xiàn)支持多達 8 x 16 = 128 個(gè) 可個(gè)別控制的通道。采用 LT3965 時(shí)，對于所有 (要求最高 的除外) 的照明顯示器而言，汽車(chē)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(xiàn)和單個(gè)微控制器 來(lái)控制。鑒于每個(gè)通道能夠連接至多達 4 個(gè) LED，因此一個(gè) 相對易于實(shí)現的系統可支持針對最多 512 個(gè) LED 的矩陣式 調光。

結論
LT3965 矩陣式 LED 調光器可控制單個(gè) LED 燈串上的 8 個(gè) LED 亮度通道，從而使照明設計師能不受限制地使用精 細和引人注目的汽車(chē)照明設計。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 保護可確保 LED 照明系統的堅固性。該矩陣式調光器的通 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(xiàn)上的多達
16 個(gè)矩陣式調光器 IC 以形成多 LED 系統。在汽車(chē)前照燈、 尾燈、前燈、側燈、儀表板燈和裝飾燈的設計中邁出下一 步―─未來(lái)就是現在。