利用兩個(gè)或更多的獨立LED,當今的驅動(dòng)器能夠控制可用于便攜系統中的新潮裝飾光。不僅ILED峰值電流完全可編程，每個(gè)LED都能在0~100%亮度范圍之間調光至任何值。此外，工作在向上和向下兩種方向的嵌入式漸進(jìn)調光功能提供了一種終端客戶(hù)所需要的特別照明序列。本文闡述這種驅動(dòng)器的特性，并基于一個(gè)典型應用重點(diǎn)探討漸進(jìn)調光。此外，還討論了相關(guān)的軟件作為一項典型示例。
基本的模擬操作
通常來(lái)講，LED驅動(dòng)器在適當的條件下提供恒定的電流來(lái)對LED進(jìn)行偏置。如果我們考慮便攜系統，其電源是輸出電壓范圍在2.8~4.2V之間的電池（假設為是標準的鋰離子電池）。由于根據偏置電流和室溫的不同，當今的低功率LED的正向電壓會(huì )在2.8~3.5V之間變化，需要一個(gè)接口來(lái)確保LED在正常工作期間恰當地偏置。這就是驅動(dòng)IC的目的，而要考慮的第一個(gè)模塊就是電流控制系統的電壓范圍。
圖1基本的LED接線(xiàn)
圖2串并聯(lián)鏈接優(yōu)缺點(diǎn)比較
就這點(diǎn)而言，我們可以考慮采用串聯(lián)或并聯(lián)方式對LED進(jìn)行連接：這兩種連接方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，見(jiàn)圖2.
關(guān)鍵點(diǎn)在于，在色彩應用中獨立及動(dòng)態(tài)地調節每個(gè)LED亮度的能力。雖然有可能采用升壓結構、使用開(kāi)關(guān)在每個(gè)LED間進(jìn)行連接以控制它們，但串行排列并非首選的解決方案，而并行結構最易于實(shí)現。
電荷泵是產(chǎn)生低電壓及EMI問(wèn)題最小且最合適的DC-DC轉換器。另一方面，采用多種工作模式（1X,1.5X,2X）純粹提升效率，使系統在便攜設備中運行時(shí)能夠節省盡可能多的能量。
除了DC-DC轉換器，第二個(gè)關(guān)鍵參數是屬于共同陣列的LED間的電流匹配：RGB結構不能適應LED間的偏置電流差別，因為這些差別會(huì )轉化為視頻和圖像顯示中的色彩表現。通過(guò)使用如圖3中所示的一套精確的電流鏡，這個(gè)問(wèn)題就得到解決。
為了在LED中實(shí)現精確及穩定的正向偏置條件，通過(guò)與帶隙參考提供的恒定電壓相關(guān)的外部電阻產(chǎn)生一個(gè)參考電流。與運算放大器U1相關(guān)的晶體管Q1在Vref引腳產(chǎn)生恒定輸出電壓。Vref和地之間連接的外部電阻產(chǎn)生流經(jīng)Q1和Q2的恒定電流。這個(gè)電流這時(shí)候就被Q3~Q7的晶體管系列建立鏡像和放大，每個(gè)電流被連接至開(kāi)關(guān)S1~S5,并且被晶體管Q8相加。最后，晶體管Q9復制參考電流至LED1.這種結構針對每個(gè)LED進(jìn)行復制，而芯片的布局經(jīng)仔細分析，以?xún)?yōu)化每個(gè)LED之間的匹配。
圖3基本的電流鏡結構
圖4典型的獨立PWM控制
這樣，每個(gè)LED都共用相同的I-LED峰值電流，而且需要額外的電子電路來(lái)對每個(gè)LED的亮度進(jìn)行獨立控制。這種功能通過(guò)為每個(gè)LED使用獨立的PWM調制來(lái)實(shí)現（見(jiàn)圖4）：由數字信號PWM1至PWM3控制的開(kāi)關(guān)S6~S8啟動(dòng)/關(guān)閉相關(guān)的電流鏡，因此產(chǎn)生相關(guān)LED的亮度控制。其凈優(yōu)勢是LED峰值電流恒定，確保了色彩表現不會(huì )被亮度控制所減弱，LED的工作點(diǎn)保持在色彩地圖所定義的參考色彩，見(jiàn)圖5.
圖5中的波形源自工業(yè)應用，它展示了嵌入在所選器件中的三個(gè)PWM的特性。三個(gè)LED采用一個(gè)共同低頻時(shí)鐘控制，并帶有一個(gè)占空比設置來(lái)適應給定應用。這很明顯能夠獨立地減弱或增強每個(gè)PWM,范圍在0~100%的占空比之間，而ILED峰值電流為恒定。
圖5典型的工業(yè)PWM操作
一種更加復雜的電路設計能夠用來(lái)獲得對LED的完全獨立控制：I-LED峰值電流和PWM都能夠數字編程，產(chǎn)生幾乎無(wú)限的色彩范圍和亮度，因為I-LED峰值電流在色彩地圖中移動(dòng)�；镜哪Ｐ兔枋鋈鐖D6所示。
圖6LED和CCFL的色域與NTSC標準的比較
數字控制
標準的I2C端口用于處理I-LED和PWM,利用軟件來(lái)設定控制器內建的功能。為了更好地闡述漸進(jìn)調光，我們將利用NCP5623控制器作為參考來(lái)描述這種功能的操作。
在PWM能夠發(fā)生之前，ILED峰值電流將像NCP5623數據表中所定義的那樣通過(guò)發(fā)送適當的代碼至芯片來(lái)設定。創(chuàng )建平滑的增強亮度，軟件將發(fā)送驅動(dòng)器可用的總級（step）數：在本案例中，我們擁有31級�？梢栽谖⒖刂破鳎∕CU）中應用一個(gè)簡(jiǎn)單環(huán)路來(lái)處理這個(gè)工作，但由于與實(shí)時(shí)系統相關(guān)的優(yōu)先級中斷問(wèn)題，亮度上升過(guò)程可能被打亂。NCP5623含有內置序列，避免了MCU實(shí)時(shí)操作的發(fā)生：無(wú)論是亮度增強還是減弱，漸進(jìn)調光都能夠通過(guò)非常有限的軟件步驟來(lái)實(shí)現，并且沒(méi)有高優(yōu)先級中斷事件的影響。
基本上，兩個(gè)內置寄存器將預先調整如下。
漸進(jìn)調光的目標和方向：
-亮度增強=%101xxxxx
→最后位[B4:B0]包含增強的最終ILED目標
-亮度減弱=%110xxxxx
→最后位[B5:B0]包含減弱的最終ILED目標
時(shí)序和啟動(dòng)條件：
GRAD=%111xxxxx
→最后位[B5:B0]包含每級的時(shí)序
ILED電流將從0平滑增加至5.5mA,總序列時(shí)序等于GRAD寄存器位[B5:B0]的內容乘以增強（UPWARD）寄存器定義的級數。在這個(gè)例子中：
T=GRAD[B5:B0]*UPWARD[B5:B0]
T=64*26=1664ms
圖7典型的NCP5623自動(dòng)向上漸進(jìn)調光過(guò)程（每級8ms）
圖7中給出的波形展示了向上漸進(jìn)調光；對DWNWRD寄存器進(jìn)行適當編程來(lái)實(shí)現向下調光的操作。
正如我們能夠觀(guān)察到的，ILED電流以準指數曲線(xiàn)形式增加，這種情況足以很好地補償人眼的敏感度。
相反的方向很容易通過(guò)在數據寄存器的高三位使用適當的代碼，而序列的余下部分相同來(lái)實(shí)現。
內置寄存器使對漸進(jìn)調光進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制成為可能，可以對不同視覺(jué)效果進(jìn)行仿真。舉例來(lái)說(shuō)，我們可以重復由向上或向下期間的數字調制所創(chuàng )建的序列，也可能結合其中一組漸進(jìn)調光和突然變化在波形的相反側創(chuàng )建類(lèi)似波形的鋸齒。
最后，能夠結合漸進(jìn)調光和嵌入在芯片中的PWM,通過(guò)IREF引腳對ILED峰值電流進(jìn)行調制創(chuàng )建相當復雜的光照序列：一種裝飾光系統在主控制器周?chē)捎米钌贁盗康臒o(wú)源元件得以構造。 |
