认识LED1642GW：完全可设置的智能16粒LED光源驱动器

作者：Fabio Occhipinti, Nicola Li Volsi

摘要

LED1642GW是意法半导体的新一代LED阵列驱动器，新增一系列完全可设置的创新功能，同时保留原来的24针标准封装，在实际应用中只需一个外部电阻，从而可大幅降低组件成本，提高系统设计的灵活性。

新的嵌入式功能让系统设计变得更加灵活，为用户提供不同的配置选择：局部调光、全局电流调节、开关时间设定、通道间顺序延时、先进的LED故障检测报告、自动节能专利技术、串行数据与时钟重新同步等诸多功能。

LED1642GW专注于满足图1所示应用领域对降噪的需求，让用户能够通过串行接口，设定输出通道的开关速度，共有四档速度可选，导通时间设定范围为30nS- 270nS。配合可设定通道间输出延时，开关时间设定让用户轻松地调节应用，切实降低EMI干扰，最大限度提升电压稳定性。当输出通道设为关断且在收到第一通道导通命令后快速自动唤醒时，自动省电节能创新功能可自动关断驱动器。


图1 – ALED1642GW的主要应用示例

前言

LED在我们日常生活中的大规模普及不再是新鲜事物，移动应用、广告标牌、液晶电视背光、照明和汽车LED灯光随处可见。LED灯具价格走低，能效升高，让设备厂商获得重新设计产品的动力。每种产品都需要不同的LED驱动器。

在成熟的LED驱动市场上，供应商必须不断地优化产品性能、可靠性和成本结构。对于要求高的造价高的重要项目，要想实现真正的差异化，取得同级最佳的性能，则必须以巧妙的方式实现功能创新，以市场价创造附加值。

LED1642GW标准LED驱动器具有优异的通道对通道输出电流匹配度(±3%)，每款产品都拥有业界最小的工作电流。LED1642GW拥有汽车级质量证书，确保产品本身具有高水平的可靠性和稳健性。LED1642GW巧妙地处理新的市场需求，在标准封装内集成诸多创新功能，为用户提供业界最好的创新成本比。

LED1642GW产品简介

LED1642GW是意法半导体为LED面板和显示板设计的一款低压低功耗16位单片移位寄存器。

LED1642GW保证20V输出电压，可驱动多粒串联的LED。输出端有十六个稳压电源，提供3mA-36mA恒流输出驱动LED。用户可以通过一个外部电阻设置电流，用两个7位电流增益寄存器在两个子量程内调节电流，还可以通过12/16位灰度控制器调节每个通道的亮度。

开关时间可以设为四个不同值，有助于降低系统噪声。

LED1642GW提供开路/短路故障检测模式，自动关闭和自动开启功能(可选)可节省电能，无需任何外部干预。热管理功能在过热时报警，输出过热(170°C)时关断驱动器。

串行接口的高频时钟(最高30 MHz)使该产品适合高速率数据传输。可选的逐渐输出延时用于降低涌流，特别是在菊花链配置中,可选的SDO同步功能十分有用。电源电压范围为3V到5.5V。

LED1642GW特性

通过配置寄存器可启用LED1642GW的多项功能。下文简要介绍每项功能。

增益控制和电流范围

通过连在R-EXT引脚和GND引脚之间的外部电阻，可以设置驱动器的输出电流。同时，还可通过配置寄存器专用位来修改电流值。根据内部增益和范围调整，该产品可将电流升到36mA或降到3mA。所以无需修改外部电阻值即可更改输出电流，从而避免修改硬件，如图2所示。这个功能还能用于全局模拟调光功能，设置驱动器输出直流可调节LED的亮度和色温。


图2 –内部增益调节

检错

终止显示器正常运行，且开启驱动器的全部通道，可以执行故障检查过程，查找LED灯或显示屏故障。例如，可发现开路或短路LED,并确定其所在位置，从而简化显示屏检修工作。

自动关闭电源和唤醒

当所有输出通道都关闭时，这项功能可以降低功耗。通过配置寄存器可以开启或禁用这项功能。当所有通道的锁存数据是“0”时（输出关闭），自动关闭电源(AutoOFF)启动；当第一个锁存数据串包含至少一个值 是“1”的数据位时（至少一个输出是开启状态），该驱动器将会重新激活（唤醒）。这项功能可大幅降低显示屏的耗电量，节能效果在大屏显示器应用中特别明显。

可设置开关时间

为进一步提升设计灵活性，电流发生器可以设置开关时间（输出电流波形）。按照实际应用需求，通过使用配置寄存器，可将开关时间设为四个不同的数值:30/20ns, 100/40ns, 140/80ns, 180/150ns。可选数值是tON(升流时间)和tOFF (降流时间)。在LED PWM工作过程中，这个功能可优化EMI性能。

SDO延时

在正常情况下，SDO引脚数据在时钟信号上升沿移出。(在下面的图中，信号 (1)传播延时大约15ns）。SDO引脚数据在时钟信号下降沿移出 (在下面的图中，信号 (2)传播延时大约几纳秒 ）。通过正确设置配置寄存器可开启这项功能，这在数据通道和时钟通道延时失匹的菊花链结构中特别有用(电路板走线)。在物理层时钟和数据很难同步时，SDO延时是一个快捷的解决方案。如图3所示。


图3 –SDO同步


图4 – 逐渐输出延时

逐渐输出延时

逐渐输出延时的本质是逐渐开启电流发生器，避免所有输出通道同时开启。换句话说，当PWM控制器开启驱动器通道时，输出通道可以同时或错开启动。通过设置配置寄存器，用户可以在两个输出通道之间设定开启延时(两个相邻通道之间延时10ns，第一通道与最后通道之间延时大约150ns)。图4所示是典型的输出时序。

这个功能可防止大量涌流冲击驱动器，降低旁通电容数值，还有助降低EMI干扰。

PWM计数器设置和亮度寄存器

通过控制12/16位PWM灰度亮度，可调节每个通道的亮度。亮度数据通过SDI引脚装入16位移位寄存器，每个输出通道都有一个移位寄存器。输出PWM信号是比较亮度寄存器内容和16位或12 位计数器(配置寄存器选择)而产生的。计数器时钟源由PWCLK引脚提供，如图5所示。


图5 –PWM信号生成

通过使用独立的PWM控制(局部变光)器，可以改变每个驱动输出的LED亮度(相当于均流调节)，而色温保持不变，因为工作点与实际电流相关。

温度标志

该产品有一个温度控制逻辑功能，当内部温度高于150°C时，逻辑模块提供标志状态。如果温度继续升高，超过170°C，热关断功能将会启动，关闭功率模拟端，以保护驱动器。不过，数字接口将会继续工作，确保菊花链和数据通信正常运行。可通过SDO引脚读取温度控制状态信息。

LED1642GW评估板

STEVAL-ILL061V1(图6)是LED1642GW驱动器的应用演示板，是一个高亮度RGB LED阵列系统板，有局部调光和基于STM32微控制器和SPI接口的诊断功能。ST L7981 DC/DC转换器为整个电路板提供电源。该演示板实现三个LED驱动器和一个LED色温调节器，提供多个照明功能和图形效果，例如，总体亮度变化，随机颜色速度、颜色波浪、可设置动画和错误检测。


图6 – STEVAL-ILL061V1评估板

计算机 GUI图形用户界面软件(图7和图8)让用户能够控制全部功能，设置图案。


图7 – LED1642GW PC GUI(高级模式)


图8 – LED1642GW PC GUI(图案设置)

演示板、PC GUI软件和微控制器固件可从www.st.com订购或下载。

结论

LED1642GW是意法半导体最新的设计灵活的LED阵列驱动器，具LED智能驱动功能、先进的LED故障检错和节能管理功能，适用于各种应用场合。全套评估套件(硬件电路板和软件开发工具)让用户能够轻松、快速开发增强型LED驱动解决方案。   

参考文献

[1] LED1642GW Datasheet
[2] AN4374Start-up guide
[3] STEVAL-ILL061V1 Demo Board and GUI

访问意法半导体LED阵列驱动器网页，可查看所有这些文档资料:http://www.st.com/web/en/catalog/sense_power/FM142/CL1854/SC1573