为LED驱动电路提供额外的PWM亮度控制

引言

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：

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仿真控制可以由下列C程序实现：

PWM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I²C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。

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。

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，tRISE为晶体管的上升时间，tFALL为晶体管的下降时间，T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。