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1、为LED驱动电路提供额外的PWM亮度控制摘要：Maxim Integrated Products提供多款LED （发光二极管）驱动芯片，具有PWM（脉宽调制）亮度调节功能。这篇应用笔记介绍了几种为LED驱动芯片添加额外的 PWM亮度调节功能的方法，并在几款固定电流LED驱动器（内置或外置PWM）上进行了验证。引言Maxim Integrated Products为很多应用领域提供 PWM （脉宽调制）亮度调节LED（发光二极管）驱动器。典型应用中，通过串口向LED驱动器发送指令改变相应 LED的寄存器值进行亮度调节。用于亮度 控制的数据通常为4位至8位，对应于16至256个亮度等 级；有些Ma
2、xim 的LED驱动器的亮度控制则通过调整漏极开路LED端口的恒定吸入电流大小来实现。该应用笔记讨论如何在 LED恒流驱动器上加入 PWM亮度调节，通过控制LED电源的 通、断调节亮度。也可以通过刷新数据位仿真外部PWM亮度控制。内置 PWM的LED驱动器也可以通过外部 PWM实现亮度调节，只要 PWM信号的外部时钟可以同步。PWM仿真按照一定周期向LED驱动器发送开/关控制信号，可以仿真 PWM亮度调节的效果。因为LED数据接口的传输速率远远高于PWM信号的频率，可以使用微控制器或 FPGA （现场可编程门阵列）很容易地仿真 PWM调光方式。PWM开关频率、数据传输的时钟频率和 PWM亮度等
3、级之间的关系如式 1所示：t-丫仇口匚用K ILEVELICPDF其中，fCLOCK为数据接口的时钟频率，fPWM 为PWM频率，nPORT为控制端口数， nLEVEL为亮度等级。在该项技术中，PWM仿真数据由控制器连续发送到LED的每个端口，每个端口 1位。所有端口更新一次即为 PWM的一个台阶。从索引值 1开始重复仿真PWM台阶，直至索 引值等于设定的亮度等级，形成一个PWM周期。例如，如果亮度等级为256，每个端口刷新数据256次构成一个PWM周期。如果对应端口的亮度等级高于PWM仿真台阶的索引值，数据为1 ;否则数据为零。只要 LED保持点亮状态，则始终重复PWM仿真周期。该PWM仿真
4、控制可以由下列 C程序实现：int IHTENSEGJ =- 200, 100, 50, 25,6, 3,bool LEBOR = true, DATAS;while (LEDCN Tot hit i=0, i256,for int j-0,if INTEMSi j ViDAT釧jj =L：elseDiTA卜ICPDFPWM 仿真技术适用于 MAX6968 和MAX6969。MAX6968 为8端口 LED恒流驱动 器，数据接口传输速率可达 25Mbps ； MAX6969 是MAX6968 的16端口版本。利用这一 方法可以实现16位或65,536级亮度控制，MAX6968 的PWM 频率可
5、以设置在 47Hz , MAX6969 的PWM频率可以设置在 24Hz。如果只要求12位的亮度控制分辨率，对应的 PWM频率可以分别设置在 752Hz和376Hz。PWM仿真技术无需对电路进行任何修改即 可实现每个驱动口的亮度控制。LED电源的开关控制通过对LED电源进行开、关控制也可以实现LED的PWM亮度调节。图1所示电路利用PWM控制电源为LED提供额外的亮度调节。微处理器向LED驱动器发送l?C命令产 生PWM信号，PWM波形可以由软件控制。这种方式适用于具有恒流LED端口，但没有内部亮度调节功能的 MAX6969，以及带有可调节恒流 LED端口的MAX6956。该方案通 过一个晶体
6、管控制 PWM信号的占空比，达到亮度调节的目的。LED亮度可由微处理器通过LED驱动器间接地控制，也可以由晶体管直接控制。 以MAX6956为例，恒流驱动与PWM 占空比调节相结合，无需任何其它电路介入。*PIrTr.DIDRIVERjrKarw-円fvtADOGNDn*ICPDF图1采用PWM控制LED电源实现亮度调节图2所示电路采用 MOSFET晶体管作为开关器件，有助于提高效率。5555va.vccSCLPIP2mLED DREVERMJruH4nsMSAD& fGNDKrQUMJ=逾1DkOVlEDICPDF图2.功率MOSFET作为开关器件利用下式计算外部晶体管的功耗:其中，tRIS
7、E为晶体管的上升时间，tFALL为晶体管的下降时间,ICPDFT为PWM周期，tON/T 为PWM亮度等级，I为LED总电流，RON为晶体管的导通 电阻。式2给出了晶体管开关损耗与导通损耗之和， 开关损耗由开/关时间决定。当晶体管闭 合或断开时，在晶体管两端电压从零上升到 VLED的过程中，或者是在反方向变化时， 几乎 所有电流流过晶体管。使用高速开关晶体管时，上升时间和下降时间通常为50ns。对于周期(T)为1/1000秒的PWM、LED电压(VLED)为5.5V、LED总驱动电流为 200mA 时，晶体管总功耗为：ICPDFP&TCH 工”書:W VlEDI =- K 55= 1(r57V
8、 tx Q.O5f若晶体管导通电阻为 0.1 Q,则晶体管在最高亮度时的导通功耗为:p =旱=01* 0.2? = 0.004W OrICPDF从式4可以看到，合理选择高速开关晶体管，能够将损耗降至最小。主控与各端口的分层控制有些LED驱动器的PWM亮度控制可以通过主控与各端口之间的分层控制实现。例如,MAX6964、MAX7313、MAX7314、MAX6965、MAX7315 和 MAX7316。如图 3 所示,各端口的PWM亮度控制波形重复多次。每重复一次相当于一次主机控制。由此，如果主机控制15级亮度调节，则控制波形重复15次。LED驱动器各端口的控制信号决定了波形的占空比。主控信号决
9、定控制波形的重复次数。比如：某个端口的占空比为3/16，主控设置为4/15。波形的导通时间占整个周期的3/16，波形在全部15个时隙的前4个时隙重复。OWE PWW P-ERIOD IS 24C CYCLES OF THE 3 2kHz PWNI 4 P5RIOP contain? 15 MASTER INTENSIFY TIMESLOTSis! ia!2 i450 101112nI*F* 141 2EACH MA5TEB INTENSITYPWM CYCLESICPDF图3.主控和各端口的PWM亮度分层控制遗憾的是，一个 MAX6964构成多芯片链路机制。因为，多个的主控信号不能与另一 MA
10、X6964的端口信号相组合，以MAX6964 之间无法实现时钟同步；每个端口的PWM控制导通时间不能与主控制器亮度调节信号的通/断时间窗口保持一致。如果时钟信号的边沿无法对齐则无法同步控制亮度，LED会变暗。由于时钟之间的相位偏差，也会导致LED周期性地闪烁（通、断）。分层PWM亮度调节方案可以通过 LED驱动器避免闪烁问题，适用于MAX7302等具有时钟同步机制和较宽的时钟频率范围的器件。图4给出了利用两片 MAX7302和开关晶体管实现PWM亮度分层控制的典型电路。ICPDF图4.利用两片MAX7302 实现PWM亮度分层控制其中一片MAX7302的输出端口连接在 LED的阴极，每路输出端
11、口作为一个独立的亮度控制端口。另一片MAX7302 的输出通过外部晶体管连接在LED的阳极，这一 MAX7302作为亮度主控制器。每个端口的亮度控制由外部1MHz高频时钟驱动，这是 MAX7302工作时钟的上限。例如，将一个端口的亮度等级设置为15/33时，P2亮度控制端口输出作为主控制器的时钟输入。得到的主控制器等效时钟频率约为1000000/33 = 30kHz。该应用实例中，每个亮度控制端口可以用于调节RGB LED的颜色，而主控制器用来调节亮度。为LED驱动电路提供额外的PWM亮度控制类别：电源技术摘要：Maxim Integrated Products 提供多款LED （发光二极管）
12、驱动芯片，具有PWM（脉宽调制）亮度调节功能。这篇应用笔记介绍了几种为LED驱动芯片添加额外的 PWM亮度调节功能的方法，并在几款固定电流LED驱动器（内置或外置PWM）上进行了验证。引言Maxim Integrated Products为很多应用领域提供 PWM （脉宽调制）亮度调节LED（发光二极管）驱动器。典型应用中，通过串口向LED驱动器发送指令改变相应 LED的寄存器值进行亮度调节。用于亮度 控制的数据通常为4位至8位，对应于16至256个亮度等 级；有些Maxim 的LED驱动器的亮度控制则通过调整漏极开路LED端口的恒定吸入电流大小来实现。该应用笔记讨论如何在 LED恒流驱动器上
13、加入 PWM亮度调节，通过控制LED电源的 通、断调节亮度。也可以通过刷新数据位仿真外部PWM亮度控制。内置 PWM的LED驱动器也可以通过外部 PWM实现亮度调节，只要 PWM信号的外部时钟可以同步。PWM仿真按照一定周期向LED驱动器发送开/关控制信号，可以仿真 PWM亮度调节的效果。因为LED数据接口的传输速率远远高于PWM信号的频率，可以使用微控制器或 FPGA （现场可编程门阵列）很容易地仿真 PWM调光方式。PWM开关频率、数据传输的时钟频率和PWM亮度等级之间的关系如式 1所示：ICPDF其中，fCLOCK为数据接口的时钟频率，fPWM 为PWM频率，nPORT为控制端口数,nL
14、EVEL为亮度等级。在该项技术中，PWM仿真数据由控制器连续发送到LED的每个端口，每个端口 1位。所有端口更新一次即为 PWM的一个台阶。从索引值 1开始重复仿真PWM台阶，直至索 引值等于设定的亮度等级，形成一个PWM周期。例如，如果亮度等级为 256，每个端口刷新数据256次构成一个PWM周期。如果对应端口的亮度等级高于PWM仿真台阶的索引值，数据为1 ;否则数据为零。只要 LED保持点亮状态，则始终重复 PWM仿真周期。该PWM仿真控制可以由下列 C程序实现:Int INTEN5Qj = (2Q0, 100, 50#3,bool LEDON = true, DATA9;while (工
15、EDCN) tor iut i=0, i256,for (int j=0, j4.7KflV4SCLSDAP3F4P5MAX73Q；PIP7AQQ西GNDJLICPDF图4.利用两片MAX7302 实现PWM亮度分层控制其中一片MAX7302的输出端口连接在 LED的阴极，每路输出端口作为一个独立的亮度控制端口。另一片MAX7302 的输出通过外部晶体管连接在LED的阳极，这一 MAX7302作为亮度主控制器。每个端口的亮度控制由外部1MHz高频时钟驱动，这是 MAX7302工作时钟的上限。例如，将一个端口的亮度等级设置为15/33时，P2亮度控制端口输出作为主控制器的时钟输入。得到的主控制器等效时钟频率约为1000000/33 = 30kHz 。该应用实例中，每个亮度控制端口可以用于调节RGB LED的颜色，而主控制器用来调节亮度。