用集成式8开关无闪烁驱动器控制矩阵式LED前灯中的单个LED(上)

     LED 兼具设计灵活性和坚固、实用的电路，使汽车设计师能够用其设计引人注目和具备极长寿命和高性能的前 灯。汽车设计师越来越多地在照明系统中采用 LED，因为 LED 可用来产生独具特色、引人注目的设计，有助于区分 新型号和老型号，或者区分高端车型和经济车型。
     毫无疑问，汽车 LED 照明时代已经来临，但是尚未发 挥出最大潜力。未来车型将采用更多  LED 灯，LED 灯将有 新的形状和颜色，对单个 LED 的控制将增强。简单的 LED 串将让位于 LED 矩阵，通过电脑控制可以对矩阵中的每一 个 LED 单独地调光，从而能够实时实现无限多种生动的照 明图案。这种未来已经近在咫尺：凌力尔特公司的 LT3965

图1      L T39 6 5  L ED   矩阵调光器演示电路板  DC221 8  作为 Linduino(DC2026)的屏蔽罩使用。这个演示电路板驱动前灯、转向信 号灯、尾灯和装饰灯，可通过 USB 电缆连接到凌力尔特图形用户界面， 以进行评估
LED 矩阵驱动器使汽车照明设计很容易再向前迈进一步。

     用单个 IC 通过 I2C 控制 8 个功率开关基本的 LED 前灯设计采用一致的  LED 电流，因此亮度 也是一致的。但是这种方法将  LED 潜能的很大部分留了在 纸面上。矩阵式前灯能够通过控制  LED 串中单个 LED 的亮 度，因而利用了 LED 与生俱来的优势。
从理论上说，利用电脑控制的功率开关以控制 LED 矩 阵中的单个 LED并不困难，从而让单个 LED 接通或断开， 或对单个 LED 进行 PWM 调光，以产生独特的照明图案和 功能。每个 LED (或 LED 串中的一段) 需要使用自己的转换 器，或者使用自己的并联功率开关。可以用具备串行通信功 能的传统驱动器/转换器 IC 建立一个矩阵驱动器，不过一旦 LED 矩阵需要两个或 3 个以上的开关时，设计一个由分立式 组件组成的解决方案就变得富挑战性了，因为需要使用一个 尺寸大于 LED 矩阵的组件矩阵。
LT3965 I2C 8开关矩阵式 LED调光器使得很容易控制大 型或小型 LED 矩阵 (可多达 512 个 LED)。图 1 显示了在凌力 尔特演示电路板 DC2218 上运行的 LT3965。
高度集成的设计 ( 参见图 2 ) 最 大限度减少了所需组 件。可单独地寻址的  LT3965 通道可以很多方式控制  LED 矩 阵，包括：
●   每个 LT3965 可控制 8 个调光通道，即一个 LED 串中 的8 个 LED 或 8 段 LED。

图2   LT3965 60V 8 开关 LED  矩阵调光器方框图，包括 8 个功率NMOS并联开关 以用于亮度控制、一个故障标志和 I2C 串行通信接口●    8 个通道可控制两个  RGBW LED 模块上单独的红、
绿、蓝和白光，以调节亮度、改变仪表板或装饰照明系统的 色彩。
●    多个 LT3965 可以通过单一通信总线单独地寻址，以 成倍增加大型阵列中的 LED 串数目。
●    LT3965 的每个通道可控制多个 LED，或者多个通道 可以组合，以高效地控制在较大电流的单个 LED。
当与合适的恒定电流  LED 驱动器结合使用时，矩阵调 光器 LED 驱动器允许电脑控制前灯、白天行车灯、刹车灯 和尾灯、侧弯灯、仪表板显示器以及其他装饰照明系统中的 单个 LED。LT3965 内置的自动故障检测功能在发生故障时 保护单独 LED，并向微控制器报告故障情况。
60V LT3965 包括 8 个集成的330mΩ功率开关，这些 开关可连接一个或多个 LED。这些功率开关作为并联器件 使用，断开特定通道上的 LED 或对这些 LED 进行 PWM 调 光。这些开关形成了 8 个可单独地控制亮度的通道 (调光比高达 256:1)和一个 LED 串上8 个不受故障影响的
LED 段。
当所有 8 个功率开关同时接通时 (所有 LED 都关闭)，LT3965 可应对 500mA LED 串电流。这 些开关可以并联连接，使  1A 电流通过4 个 LED 通道，如本文稍后所示。不管  LED 数量多少或 电流大小，LED 串都必须由恰当设计的转换器驱 动，该转换器的带宽必须能够应对矩阵调光器的
快速瞬态。本文中将探讨一些参考设计。“ 升 压 然 后 双 降 压 模 式 ” 转 换 器
LT3797 以两个 LT3965在500mA 驱 动两个 LED 串，总共 16 个 LED
LT3965 的 8 个并联功率开关控制在 500mA 的8 个LED 通道之亮度。8-LED 矩阵调光器系统 的 LED 串电压可能在  0V 至 26V 之间，取决于在 给定时间内有多少  LED 接通或断开。要驱动这 些 LED，建议使用大带宽、以及不用输出电容器 或输出电容器很小的  30V 降压型转换器。这种降 压型拓扑要求，9V 至 16V 汽车输入是“预先升 压”至 30V 轨，然后降压型稳压器能够运作。
   三输出 LT3797 LED 控制器可以很方便地作为“预先升压”然后降压的单个 IC 解决方案使用。该器件的一个通道可以配置为升压型稳压器，之后跟随 的是其余两个通道，配置为降压型  LED 驱动器。两个降压 型 LED 驱动器的每一个可驱动一串矩阵式调光 LED。这种 拓扑有很多优势，最显著的是，无论 LED 串的电压高于还 是低于电池电压，该电路都会持续以最佳模式运行。
图 3 显示了图 1 所示演示电路板的原理图，包括一个 “升压然后双降压模式”转换器  LT3797和 LT3965 矩阵式前 灯调光系统，该系统共有 16 个 LED，以 500mA 电流运行。 每个 LED 可单独地控制以接通、断开或  PWM 调光至低达
1/256 亮度。LT3797 的 350kHz 开关频率位于  AM 频带以外
(可以很好地降低 EMI)，从同一 350kHz 时钟产生的 LT3965
170Hz PWM 调光频率位于可见光频率范围以外。凭借正确 的系统同步，采用LT3797 和 LT3965 的矩阵式前灯可以无闪 烁运行。
LT3797 降压模式转换器为应对极快的瞬态而优化，使
用很小的输出电容器或不使用输出电容器，具备恰当补偿

图3     LT3 965 LE D  矩阵调光器系统采用了“升压然后双降压模 式”LED  驱动器 LT3797，两个 LT3965 矩阵调光器以汽车电池提供 的 500mA 电流驱动16 个 LED。I2C 串行通信接口用于控制单个 LED 的亮度和检查 LED  及通道故障

图4 基于 PC  的界面使设计师能够控制并监视由 LT3965 驱动的 LED
图5   1A LED  矩阵驱动器整合反相运行的并联通道，以实现电流更大的大功率 LED  前灯系统应用
的控制环路。这些带宽>30kHz 的转换器可耐受 LED 接通和 关断以及随意性 PWM 调光时产生的快速 LED 瞬变。布设在 LED 检测电阻器上的一个滤波电容器取代了控制系统中的一个极点，当为实现矩阵式调光器的快速瞬态性能而减少或 去除输出电容器时，该极点会丢失。
从开关节点引出的一个充电泵用于把  LT3965 VIN引脚 供电至比 LED+电压高 7V，以使上管通道 NMOS 在被驱动 时得到全面强化。LT3965 中的低 RDS(ON) NMOS 开关可实现高功率运作而不使 IC 变热，即使在所有
8 个并联开关均导通以关闭整个  LED 灯串时也不例 外。在该场合中，LT3797  LED 驱动器可安全经受由 所有 8 个并联开关所造成的虚拟输出短路而不发生 任何问题，并且能容易地通过下一个接通的 LED 快 速地调节 500mA。
演示电路 DC2218 (图 1 所示) 采用了图 3 所示 系统，并通过Linduino One 演示电路DC2026，用所 连接的 I2C 微控制器控制一个矩阵式前灯。DC2218 用作一个大型Linduino屏蔽罩，串行码流速率高达
400kHz，可产生不同的前灯照明图案，并与凌力尔 特的图形用户界面(图 4)接口。
在图 4 所示的图形用户界面 (GUI) 中，LED 亮 度和故障保护功能可以用 ALL CHANNEL MODE 和 SINGLE CHANNEL MODE 命令检查，并用  FAULT CHECK 读和写命令检查  LED 开路和短路状态。无 闪烁运行、故障保护以及瞬态运行都可以用这个演 示电路系统检查。DC2218  可以直接插入 12V DC 电 源，而且可以由一个运行该 GUI 的个人电脑控制，或者通
过一个简单的USB 连接重新设定。（未完待续）