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(下)

接上篇
     采用并联通道的 1A LED 矩阵驱动器LT 3 9 6 5 可 用 来 驱 动 1 A  L E D 通 道 矩 阵 。 并 联 连 接LT3965 的功率开关很容易，这样两个功率开关就可以均分1A LED 电流，而每个 LT3965 则控制 4 个 1A 通道。用并联 功率开关提供较大电流的一种方式是，每个反相并联开关仅 在 50% PWM 周期内运行。由于交替运行，单个 NMOS 功率 开关仅在一半时间内通过 1A 电流，所以与同样一个 NMOS 功率开关在全部时间内通过  500mA 电流相比，实际产生的 热量大约相同。
图 5 显示了一个 1A 矩阵式前灯系统，该系统的  8 个 LED 由两个 LT3965 驱动，还采用了一个“升压然后双降压 模式”转换器 LT3797。当进行 PWM 调光时，LT3797 采用 独特的 8 开关 1/8 周期相位关系，如图 6 所示。在这个 1A 矩阵式系统中，LT3797 的通道成对并联，以便配对的通道 是反相，相互相差180°，具体而言是通道 8 和 4、7 和 3、
6 和 2 以及 5 和 1 配对。并联通道交替分流，有效地将 PWM 频率提高了一倍，提供了分散电流和热量的优势。要想让这 正常工作，任何单一并联功率开关的最大占空比都是 50%， 因为两个反相开关在50% 时间接通 (每个开关在 50% 时间对LED分流) 可使 LED 在 100% 时间内断开。
每个 LT3965 控制 4 个 1A LED 的亮度，这  4 个 LED 由 两个 1A 降压模式 LT3797 通道驱动 (来自 LT3797 升压的 20V 通道)。这个坚固的大功率系统可以扩展，用更多 LT3965 为 更多 LED 供电，或者用更多并联通道为  LED 提供更大的电 流。可以每个通道以  1A 电流驱动两个 LED 和驱动这个灵活 前灯系统的功率。

图6  8 个 LT3965 电源开关的 1/8 PWM 无闪烁相位，在通过 PWM 调 光进行亮度控制时限制瞬态

图 7  灵活的 LT3965 可驱动不同 LED  串上的 LED  通道，每通道可驱 动 1 至 4 个 LED。(完整的驱动器电路类似于图  3，但如本图所示，仅 使用一个 LT3956。)

图8   本文所示 LED  矩阵驱动器设计具备最小的交叉 通道瞬态效应或根本没有这种效应。例如，转换一半 的通道，本文情况就是同时接通两个、关断两个，对 其他 4 个未操作通道有很小或没有瞬态影响。未操作 通道依然保持无闪烁。每通道超 过 一 个 LED
LT 3 9 6 5 的 每 通 道 可 以 支 持 1 至4 个 L E D 。 尽 管 单 独 地 控 制 每 一 个 L E D 有 利 于 实 现 故 障 保 护 或 高 分 辨 率 的 照 明 图 案 ， 但 并 不总是有必要这么做。每通道驱动多于一个 LED 可减少系统所需的矩阵式调光器的数量，而且就某些设计而言，这足以 满足照明图案和调光要求。前灯、信号灯和尾灯的各个段可 能有多达 4 个亮度相同的 LED。应急 LED 灯可能有 3 或 4 个 LED 以相同的图案闪烁和摆动。
图 7 所示电路显示了每通道两个  LED 的系统，这个系 统的 LED 数量与图 3 所示电路相同，但是仅用了一个而不 是两个 LT3965 矩阵式调光器。
当通过 I2C 接口发来的命令要求 LT3965 接通、断开或 对一个通道调光时，受到影响的是由该通道的并联功率开关 所控制之两个 LED。为了保持在 LT3965 电压限制范围内，
16 个 500mA LED 仍然需要分成两个串联的  LED 串，如图 2 所示。可以使用与图 2 中相同的 LT3797 电路，但是仅用单 个 LT3965 控制两个 LED 串的亮度。这说明，LT3965  中的每 个 NMOS 并联功率开关可以不受其他影响而独立地配置， 从而允许无穷多种矩阵设计。
     用于无闪烁 PWM 和渐变功能的全通道模式和 单通道模式 I2C 命令LT3965 的 I2C 指令集包括一字、两字和三字命令。这 些命令通过串行数据线 (SDA) 和主控器产生的时钟线 (SCL) 以高达 400kHz 的速度发送。主微控制器负责发送全通道模 式 (ACM) 或单通道模式 (SCM) 写命令，以控制 LED 通道的 亮度、渐变、开路门限和短路门限以及 LT3965 地址。
广播模式 (BCM)、ACM 和 SCM 读命令要求 LT3965 报告其寄存器中的内容，包括开路和短路寄存器，以进行故 障诊断。当发生新的故障时，LT3965 给出 ALERT 标记。确 定哪个 LT3965 报告了故障以及确定了故障类型和通道后， 微控制器可以对故障做出响应。在多个 LT3965 IC 报告故障 的情况下，LT3965 可给主器件对故障报告排序，以防止差 错信息重叠。这保证了警报响应系统的可靠性和正确性。 LT3965 数据表中给出了寄存器和命令集的完整列表。
ACM 写命令仅用两个 I2C 字，就可以即时接通或断开 单一 LT3965 地址的所有 8 个通道，这些通道同时转换到接 通或断开状态。将大量 LED 接通或断开会给 DC/DC 转换器 施加一个明显的电流电压负载阶跃。这里介绍的转换器能从 容地处理这些瞬变，而且几乎或完全不需要输出电容器和高 带宽。
如图 8 所示，对大量 LED 进行通断转换的 ACM 写命令不会使其他通道的  LED 电流产生可见闪烁或大的瞬态。之 所以产生了如此小和可控的瞬态，是因为采用了以 LT3797 为主构成的大带宽降压模式转换器。
单通道模式写命令产生相对较小和快速的单 LED 瞬 态。SCM 写命令一次仅用来将一个通道设定为 ON、OFF、 有 渐 变 或 无 渐 变 P W M 调 光 。 P W M 调 光 值 在 1 / 2 5 6 和
255/256 之间，通过 3 字写命令传送，而 ON 和 OFF 可以用 较短的两字命令传送。单个  SCM 写命令上的一个渐变位使 得 LT3965 能够以内部确定的对数渐变在两种 PWM 调光级别 之间移动，并且没有额外的 I2C 通信量。每个通道的开路和 短路门限可利用 SCM 写命令在一个和四个 LED 之间设定。
      每个通道的 LED 短路和开路故障保护短路和开路保护是矩阵式调光器的一种固有优势。每 个通道的 NMOS 电源开关能在 1 和 4 个串联 LED 之间进行 并联分流。传统的  LED 灯串具备针对整个灯串开路或短路 的保护功能，只有某些 IC 拥有输出诊断标记以指示这些故 障情况。与此完全不同的是，LT3965 能提供针对个别通道 短路和开路的保护并安然度过此类故障，使运作通道保持活 动和运行状态，同时记录和报告故障情况。
当一个 LED 串中发生故障时，LT3965 会检测到这个故 障，并加上 ALERT 标记，通知微控制器有问题需要解决。 如果该故障是开路故障，那么  LT3965 会自动接通相应的 NMOS 功率开关，绕过发生故障的  LED 直至完成全面诊断或故障消除为止。
LT3965 维持针对每个通道的开路和短路故障寄存器， 并在发出 I2C 故障读命令时将数据返回给微控制器。命令集 包括保持该状态寄存器不变的读命令以及清除该故障寄存器 的读命令，从而允许进行用户可编程的故障诊断。寄存器可 以通过写、SCM、ACM、BCM 允许的各种不同模式读取。
●    单通道模式 (SCM) 读命令针对单通道返回开路和短 路寄存器位。SCM 读命令还检查开路和短路门限寄存器、 模式控制以及针对该通道的 8 位 PWM 调光值。
●    全通道模式 (ACM) 读命令回送某给定地址之所有通 道的开路和短路寄存器位 (并不清零这些位)，以及所有 8 个 通道的 ACM ON 和 OFF 位。
●   在具有很多LT3965 矩阵调光器共享同一总线的复杂 系统中，广播模式 (BCM) 读取操作首先询问哪个 LT3965 地 址已经加上了故障标记 (如果有的话)。
●   ACM 和 SCM 读取操作可用来检查和清除故障，并读 取所有寄存器，以实现一个坚固的 I2C 通信系统。

同一条总线上可有多达 16 个可寻址 LT3965
每个 LT3965 具有四个用户可选的地址位，因而可提供
16 个唯一的总线地址。每个  ACM 和SCM I2C 命令被发送至共享通信总线，但只有被寻址的  LT3965 采取行动。该总线
上的所有 IC 均遵守 BCM 命令。这种 4 位地址架构允许单个 微控制器和单个 I2C 两线式通信总线支持多达 8 x 16 = 128 个 可个别控制的通道。采用 LT3965 时，对于所有 (要求最高 的除外) 的照明显示器而言，汽车前照灯、尾灯和装饰灯中 所有的个别 LED 皆可由单根 I2C 通信总线和单个微控制器 来控制。鉴于每个通道能够连接至多达 4 个 LED，因此一个 相对易于实现的系统可支持针对最多 512 个 LED 的矩阵式 调光。

结论
LT3965 矩阵式 LED 调光器可控制单个 LED 灯串上的 8 个 LED 亮度通道，从而使照明设计师能不受限制地使用精 细和引人注目的汽车照明设计。I2C 通信接口允许一个微处 理器控制 LED 灯串中个别 LED 的亮度。I2C 接口中的故障 保护可确保 LED 照明系统的坚固性。该矩阵式调光器的通 道是多用途的：每个通道能控制多个 LED；通道可组合以支 持较高电流 LED；或者可利用位于同一根通信总线上的多达
16 个矩阵式调光器 IC 以形成多 LED 系统。在汽车前照灯、 尾灯、前灯、侧灯、仪表板灯和装饰灯的设计中迈出下一 步―─未来就是现在。