用集成式8開關無閃爍驅動器控制矩陣式LED前燈中的單個LED(下)

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     採用並聯通道的 1A LED 矩陣驅動器LT 3 9 6 5 可 用 來 驅 動 1 A  L E D 通 道 矩 陣 。 並 聯 連 接LT3965 的功率開關很容易，這樣兩個功率開關就可以均分1A LED 電流，而每個 LT3965 則控制 4 個 1A 通道。用並聯 功率開關提供較大電流的一種方式是，每個反相併聯開關僅 在 50% PWM 周期內運行。由於交替運行，單個 NMOS 功率 開關僅在一半時間內通過 1A 電流，所以與同樣一個 NMOS 功率開關在全部時間內通過  500mA 電流相比，實際產生的 熱量大約相同。
圖 5 顯示了一個 1A 矩陣式前燈系統，該系統的  8 個 LED 由兩個 LT3965 驅動，還採用了一個「升壓然後雙降壓 模式」轉換器 LT3797。當進行 PWM 調光時，LT3797 採用 獨特的 8 開關 1/8 周期相位關係，如圖 6 所示。在這個 1A 矩陣式系統中，LT3797 的通道成對並聯，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。並聯通道交替分流，有效地將 PWM 頻率提高了一倍，提供了分散電流和熱量的優勢。要想讓這 正常工作，任何單一併聯功率開關的最大佔空比都是 50%， 因為兩個反相開關在50% 時間接通 (每個開關在 50% 時間對LED分流) 可使 LED 在 100% 時間內斷開。
每個 LT3965 控制 4 個 1A LED 的亮度，這  4 個 LED 由 兩個 1A 降壓模式 LT3797 通道驅動 (來自 LT3797 升壓的 20V 通道)。這個堅固的大功率系統可以擴展，用更多 LT3965 為 更多 LED 供電，或者用更多並聯通道為  LED 提供更大的電 流。可以每個通道以  1A 電流驅動兩個 LED 和驅動這個靈活 前燈系統的功率。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201703/345729.htm

圖6  8 個 LT3965 電源開關的 1/8 PWM 無閃爍相位，在通過 PWM 調 光進行亮度控制時限制瞬態

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

圖8   本文所示 LED  矩陣驅動器設計具備最小的交叉 通道瞬態效應或根本沒有這種效應。例如，轉換一半 的通道，本文情況就是同時接通兩個、關斷兩個，對 其他 4 個未操作通道有很小或沒有瞬態影響。未操作 通道依然保持無閃爍。每通道超 過 一 個 LED
LT 3 9 6 5 的 每 通 道 可 以 支 持 1 至4 個 L E D 。 盡 管 單 獨 地 控 制 每 一 個 L E D 有 利 於 實 現 故 障 保 護 或 高 分 辨 率 的 照 明 圖 案 ， 但 並 不總是有必要這麼做。每通道驅動多於一個 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 滿足照明圖案和調光要求。前燈、信號燈和尾燈的各個段可 能有多達 4 個亮度相同的 LED。應急 LED 燈可能有 3 或 4 個 LED 以相同的圖案閃爍和擺動。
圖 7 所示電路顯示了每通道兩個  LED 的系統，這個系 統的 LED 數量與圖 3 所示電路相同，但是僅用了一個而不 是兩個 LT3965 矩陣式調光器。
當通過 I2C 接口發來的命令要求 LT3965 接通、斷開或 對一個通道調光時，受到影響的是由該通道的並聯功率開關 所控制之兩個 LED。為了保持在 LT3965 電壓限制範圍內，
16 個 500mA LED 仍然需要分成兩個串聯的  LED 串，如圖 2 所示。可以使用與圖 2 中相同的 LT3797 電路，但是僅用單 個 LT3965 控制兩個 LED 串的亮度。這說明，LT3965  中的每 個 NMOS 並聯功率開關可以不受其他影響而獨立地配置， 從而允許無窮多種矩陣設計。
     用於無閃爍 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 些命令通過串行數據線 (SDA) 和主控器產生的時鐘線 (SCL) 以高達 400kHz 的速度發送。主微控制器負責發送全通道模 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 報告其寄存器中的內容，包括開路和短路寄存器，以進行故 障診斷。當發生新的故障時，LT3965 給出 ALERT 標記。確 定哪個 LT3965 報告了故障以及確定了故障類型和通道後， 微控制器可以對故障做出響應。在多個 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 寫命令僅用兩個 I2C 字，就可以即時接通或斷開 單一 LT3965 地址的所有 8 個通道，這些通道同時轉換到接 通或斷開狀態。將大量 LED 接通或斷開會給 DC/DC 轉換器 施加一個明顯的電流電壓負載階躍。這裡介紹的轉換器能從 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 進行通斷轉換的 ACM 寫命令不會使其他通道的  LED 電流產生可見閃爍或大的瞬態。之 所以產生了如此小和可控的瞬態，是因為採用了以 LT3797 為主構成的大帶寬降壓模式轉換器。
單通道模式寫命令產生相對較小和快速的單 LED 瞬 態。SCM 寫命令一次僅用來將一個通道設定為 ON、OFF、 有 漸 變 或 無 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 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  SCM 寫命令上的一個漸變位使 得 LT3965 能夠以內部確定的對數漸變在兩種 PWM 調光級別 之間移動，並且沒有額外的 I2C 通信量。每個通道的開路和 短路門限可利用 SCM 寫命令在一個和四個 LED 之間設定。
      每個通道的 LED 短路和開路故障保護短路和開路保護是矩陣式調光器的一種固有優勢。每 個通道的 NMOS 電源開關能在 1 和 4 個串聯 LED 之間進行 並聯分流。傳統的  LED 燈串具備針對整個燈串開路或短路 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 能提供針對個別通道 短路和開路的保護並安然度過此類故障，使運作通道保持活 動和運行狀態，同時記錄和報告故障情況。
當一個 LED 串中發生故障時，LT3965 會檢測到這個故 障，並加上 ALERT 標記，通知微控制器有問題需要解決。 如果該故障是開路故障，那麼  LT3965 會自動接通相應的 NMOS 功率開關，繞過發生故障的  LED 直至完成全面診斷或故障消除為止。
LT3965 維持針對每個通道的開路和短路故障寄存器， 並在發出 I2C 故障讀命令時將數據返回給微控制器。命令集 包括保持該狀態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 道的開路和短路寄存器位 (並不清零這些位)，以及所有 8 個 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的複雜 系統中，廣播模式 (BCM) 讀取操作首先詢問哪個 LT3965 地 址已經加上了故障標記 (如果有的話)。
●   ACM 和 SCM 讀取操作可用來檢查和清除故障，並讀 取所有寄存器，以實現一個堅固的 I2C 通信系統。

同一條總線上可有多達 16 個可尋址 LT3965
每個 LT3965 具有四個用戶可選的地址位，因而可提供
16 個唯一的總線地址。每個  ACM 和SCM I2C 命令被發送至共享通信總線，但只有被尋址的  LT3965 採取行動。該總線
上的所有 IC 均遵守 BCM 命令。這種 4 位地址架構允許單個 微控制器和單個 I2C 兩線式通信總線支持多達 8 x 16 = 128 個 可個別控制的通道。採用 LT3965 時，對於所有 (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 所有的個別 LED 皆可由單根 I2C 通信總線和單個微控制器 來控制。鑑於每個通道能夠連接至多達 4 個 LED，因此一個 相對易於實現的系統可支持針對最多 512 個 LED 的矩陣式 調光。

結論
LT3965 矩陣式 LED 調光器可控制單個 LED 燈串上的 8 個 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照明設計。I2C 通信接口允許一個微處 理器控制 LED 燈串中個別 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：每個通道能控制多個 LED；通道可組合以支 持較高電流 LED；或者可利用位於同一根通信總線上的多達
16 個矩陣式調光器 IC 以形成多 LED 系統。在汽車前照燈、 尾燈、前燈、側燈、儀錶板燈和裝飾燈的設計中邁出下一 步―─未來就是現在。