RGB LED 用于需要高效、明亮輸出的投影儀、建筑、顯示器、舞臺(tái)和汽車照明系統(tǒng)。為了從 RGB LED 產(chǎn)生可預(yù)測(cè)的顏色，其每個(gè)組件 LED（紅色、綠色和藍(lán)色）都需要單獨(dú)、精確的調(diào)光控制。高端系統(tǒng)可以使用光反饋回路，允許微控制器調(diào)整LED以提高顏色精度。將白色 LED 添加到 RGB LED 以產(chǎn)生 RGBW LED，從而擴(kuò)展了顏色系統(tǒng)中可用的色調(diào)、飽和度和亮度值。每個(gè) RGBW LED 都需要對(duì)四個(gè)分量 LED 進(jìn)行精確調(diào)光。兩個(gè) RGBW LED 需要八個(gè)“通道”。

驅(qū)動(dòng)和調(diào)暗 RGBW LED 的一種方法是使用四個(gè)獨(dú)立的 LED 驅(qū)動(dòng)器，每種顏色（R、G、B 和 W）一個(gè)。在這樣的系統(tǒng)中，每個(gè)單獨(dú)的LED或燈串的LED電流或PWM調(diào)光由單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器和控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)。但是，在此解決方案中，LED驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量隨著RGBW LED的數(shù)量而迅速增加。任何具有大量RGBW LED的照明系統(tǒng)都需要大量的驅(qū)動(dòng)器，并將控制信號(hào)同步到這些驅(qū)動(dòng)器。

一種更簡(jiǎn)單（也更優(yōu)雅）的方法是使用單個(gè)驅(qū)動(dòng)器/轉(zhuǎn)換器以固定電流驅(qū)動(dòng)所有LED，同時(shí)使用并聯(lián)功率MOSFET矩陣對(duì)單個(gè)LED進(jìn)行PWM調(diào)暗以進(jìn)行亮度控制。這是LCD顯示器中晶體管的模擬等效物，其中允許開關(guān)數(shù)量成倍增加，同時(shí)控制控制器的數(shù)量。此外，用于控制調(diào)光矩陣LED的單個(gè)通信總線使RGBW混色LED系統(tǒng)相對(duì)容易生產(chǎn)，同時(shí)提供寬色域。

LT3965矩陣LED調(diào)光器可實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)，如圖1所示。每個(gè) LT3965 8 開關(guān)矩陣調(diào)光器能夠與兩個(gè) RGBW LED 正好配對(duì)，從而允許在 1% 和 256% 亮度之間以 100/<> 的 PWM 步長(zhǎng)控制每個(gè) LED 的單獨(dú)亮度（紅色、綠色、藍(lán)色和白色）。雙線 I2C 串行命令為所有八個(gè)通道提供顏色和亮度控制。我2LT3965 的 C 串行代碼確定所有 <> 個(gè) LED 的亮度狀態(tài)，并可在發(fā)生故障時(shí)檢查 LED 開路和短路。

圖1.LT3952 矩陣 LED 調(diào)光器與 LT3965 升壓-降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器配合使用，用于控制兩個(gè) 500mA RGBW LED 上的單個(gè)顏色，以實(shí)現(xiàn)串行控制的顏色和圖案。

矩陣式 LED 混色器，采用 LT3952 升壓-降壓轉(zhuǎn)換器

矩陣調(diào)光器需要一個(gè)合適的 LED 驅(qū)動(dòng)器，以便從各種輸入為八個(gè) LED 串供電：標(biāo)準(zhǔn) 12V ±10%、9V–16V（自動(dòng)）或 6V–8.4V（鋰離子）。其中一種解決方案是 LT3952 升壓-降壓型1LED 驅(qū)動(dòng)器，可對(duì)輸入至 LED 電壓進(jìn)行升壓和降壓，同時(shí)提供低紋波輸入和輸出電流。由于其浮動(dòng)輸出拓?fù)渲泻苌倩驔]有輸出電容，它可以對(duì) LED 電壓的變化做出快速反應(yīng)，因?yàn)楦鱾€(gè) LED 都經(jīng)過 PWM 調(diào)光以控制顏色和亮度（圖 2）。

圖2.RGBW 500mA LED 電流由 LT3965 矩陣調(diào)光器進(jìn)行 PWM 調(diào)光和相位處理，以創(chuàng)建顏色和圖案。LT?3952 升壓-降壓型轉(zhuǎn)換器 / LED 驅(qū)動(dòng)器可在各個(gè) LED 進(jìn)行 PWM 調(diào)光時(shí)輕松跟上 LED 電壓的快速變化。

圖 3952 所示的 LT500 1mA 升壓-降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器與 LT3965 8 開關(guān)矩陣 LED 調(diào)光器和兩個(gè) RGBW 500mA LED 配對(duì)。這種新型升壓-降壓拓?fù)淇稍?0V 至 25 個(gè)串聯(lián) LED 的整個(gè)范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行，電壓范圍為 60V 至 <>V。瞬時(shí)串聯(lián) LED 電壓變化，由矩陣調(diào)光器在任何給定時(shí)刻啟用和禁用的 LED 數(shù)量決定。此轉(zhuǎn)換器/拓?fù)涞?<>V OUT 電壓（V 的總和在和 V發(fā)光二極管）和轉(zhuǎn)換器占空比的額定值為6V至20V的全輸入范圍和0V至25V的輸出范圍（LED串聯(lián)電壓），500mA。

這種升壓-降壓浮動(dòng)輸出電壓拓?fù)淇膳c LT3965 矩陣調(diào)光器很好地配合使用。矩陣調(diào)光器通過并聯(lián)功率 MOSFET 分流 LED 來控制 LED 亮度。

LED 不需要接地。只要 V在LT3965 的引腳連接到 SKYHOOK（其至少比 LED 高 7.1V），因此所有并聯(lián) MOSFET 都能正常工作。SKYHOOK 可以使用開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電荷泵創(chuàng)建，也可以為其提供比預(yù)期最高 LED 電壓至少高 7.1V 的穩(wěn)壓電源（在本例中為 20V V++在最大值加上最大 25V LED）。采用 8330mm × 3mm DFN 的微型 LT2 升壓轉(zhuǎn)換器是產(chǎn)生 SKYHOOK 的不錯(cuò)選擇。

可選的外部時(shí)鐘器件用于以350kHz同步系統(tǒng)，適用于汽車環(huán)境，相對(duì)高效，并允許使用緊湊型組件。雖然該系統(tǒng)同樣可以在2MHz（高于AM頻段）下工作，但350kHz（低于AM頻段）使該升壓-降壓轉(zhuǎn)換器能夠在所有LED被矩陣調(diào)光器短路且LED串電壓降至330mΩ ? 500mA ? 8 = 1.3V時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而無(wú)需跳脈沖。該頻率還支持高調(diào)光比，無(wú)可見的 LED 閃爍。

由于每個(gè) RGBW LED 都設(shè)計(jì)為單點(diǎn)光源，因此紅光、綠光、藍(lán)光和白光組合在一起可產(chǎn)生多種顏色，并具有飽和度、色調(diào)和亮度控制。每個(gè) LED 可以以 1/256 步長(zhǎng)設(shè)置在零 （0/256） 和 100% （256/256） 之間。矩陣調(diào)光器可以使用單通道串行命令在有或沒有內(nèi)部淡入淡出功能的情況下改變PWM調(diào)光電平。

精確的 0–256 RGBW 色彩和亮度控制

RGBW LED 可以通過對(duì)單個(gè)組件紅色、綠色、藍(lán)色和白色 LED 進(jìn)行 PWM 調(diào)光來產(chǎn)生準(zhǔn)確的顏色和亮度。單獨(dú)的 PWM 亮度控制可以支持 256：1 或更高的調(diào)光比。PWM調(diào)光的替代方法是簡(jiǎn)單地降低每個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)電流，但這種方法的精度會(huì)受到影響，只允許10：1的調(diào)光比，并且LED本身會(huì)產(chǎn)生顏色漂移。使用PWM調(diào)光的矩陣調(diào)光方法在顏色和亮度精度方面優(yōu)于驅(qū)動(dòng)電流方案。

LED驅(qū)動(dòng)器（500mA LED電流的來源）的帶寬和瞬態(tài)響應(yīng)會(huì)影響色彩精度。這款緊湊型升壓-降壓轉(zhuǎn)換器具有超過 10kHz 的交越頻率和很少或沒有輸出電容，可在矩陣調(diào)光器打開和關(guān)閉開關(guān)時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)量的變化做出快速反應(yīng)。

為了說明這對(duì)精度的重要性，紅色、綠色和藍(lán)色LED在不同的PWM占空比下單獨(dú)運(yùn)行，并使用RGB光學(xué)傳感器測(cè)量光輸出。圖 3 中的結(jié)果顯示了從 4/256 到 256/256 的每種顏色的均勻斜率，低于該斜率的斜率略有變化。當(dāng)然，紅色、綠色和藍(lán)色 LED 的顏色并不完美，因此即使只有一個(gè)被驅(qū)動(dòng)，其他頻段的一些顏色也會(huì)偷偷溜走。總體而言，這是一個(gè)高度精確的系統(tǒng)。

圖3.當(dāng)與圖 0 中的 LT256 升壓-降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器配對(duì)時(shí)，紅色、綠色、藍(lán)色和白色亮度控制與矩陣 LED 調(diào)光器控制的 256–3952 （共 1 個(gè)）PWM 調(diào)光占空比的比較。

使用一個(gè)非常高帶寬 （>1kHz） 降壓型轉(zhuǎn)換器版本的 LT256 LED 驅(qū)動(dòng)器可將準(zhǔn)確度提高至 40/3952，但這涉及增加另一個(gè)升壓型轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的大于 30V 輸出電壓的費(fèi)用，或者具有一個(gè)高于 30V 的輸入電壓源。除非需要在低光下實(shí)現(xiàn)高精度，否則幾乎沒有理由通過增加一個(gè)額外的轉(zhuǎn)換器來放棄升壓降壓的多功能性、簡(jiǎn)單性和緊湊的尺寸。

此處描述的矩陣變暗RGBW LED混色器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)寬色域，如圖4所示。添加其他顏色（如琥珀色）可以擴(kuò)展色域。帶有琥珀色 LED 組件的 RGBWA LED）可以產(chǎn)生 RGBW LED 無(wú)法產(chǎn)生的深黃色和橙色。這些 LED 也可以使用矩陣調(diào)光器驅(qū)動(dòng)，但矩陣調(diào)光器的八個(gè)通道與兩個(gè) RGBW LED 匹配良好。

圖4.RGB LED 具有寬色域。添加白色是簡(jiǎn)化特定顏色算法混合的一種方法。在某些混合方案中，白色用于改變飽和度，而紅色、綠色和藍(lán)色則設(shè)置色調(diào)。

LT256 的 3965 級(jí)調(diào)光方案可輕松轉(zhuǎn)換為典型的 RGB 繪畫程序和常見的顏色混合算法。例如，如果您打開一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 PC 繪畫程序，您將看到使用 256 值 RGB 系統(tǒng)混合顏色，如圖 5 所示。

圖5.可以使用基于 PC 的標(biāo)準(zhǔn)顏色選擇器選擇顏色。矩陣調(diào)光器使用的 0–256 值可能與典型 RGB 系統(tǒng)中使用的 0–255 值相關(guān)。例如，RGB（128，10，128）產(chǎn)生紫色色調(diào)。如下圖所示，矩陣調(diào)光器可以使用真正的RGBW LED產(chǎn)生可預(yù)測(cè)的顏色，從而簡(jiǎn)化了照明設(shè)計(jì)師的工作。

例如，圖2中的LED電流波形從RGBW矩陣LED系統(tǒng)產(chǎn)生紫色光，該系統(tǒng)由基于PC的基本油漆程序控制。由于本文描述的設(shè)計(jì)產(chǎn)生精確的電流驅(qū)動(dòng)和PWM控制，因此可以通過調(diào)整組件LED的占空比來預(yù)測(cè)RGBW LED進(jìn)行顏色校準(zhǔn)，從而輕松考慮LED亮度的固有變化。

LED 打開或熄滅的啟動(dòng)順序

LT3965 矩陣調(diào)光器系統(tǒng)可設(shè)置為在所有 LED 打開或關(guān)閉時(shí)啟動(dòng)。在所有 LED 關(guān)閉的情況下啟動(dòng)允許它們?nèi)岷偷氐氲龌蛞?a target="_blank">編程的顏色和亮度啟動(dòng)，例如亮度為 10% 的綠藍(lán)色。如果在串行通信開始告訴調(diào)光器該怎么做之前，所有LED都以全500mA電流啟動(dòng)，則在串行通信開始之前可能會(huì)觀察到全亮的“白光”。

無(wú)論采用哪種啟動(dòng)方法，LT3965 都應(yīng)在接收 I 之前上電2C 串行通信，或者在執(zhí)行上電復(fù)位 （POR） 時(shí)初始通信可能會(huì)丟失。當(dāng)EN/UVLO引叉超過1.2V門限時(shí)，就會(huì)發(fā)生POR。由于此電壓基于 SKYHOOK 至少比 LED 高 7.1V，因此在施加高 SKYHOOK 電壓（例如來自小型升壓穩(wěn)壓器的 55V）之后的任何時(shí)間都會(huì)發(fā)生這種情況，或者也可能在來自 LT3952 開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電荷泵浦電壓足夠高以產(chǎn)生 SKYHOOK 之后發(fā)生。在充電泵浦 SKYHOOK 的情況下，LED 電流可能存在于充電泵浦 SKYHOOK 之前，因此 LED 在 LT3965 開關(guān)關(guān)閉 LED 之前亮起。對(duì)于希望 LED 打開全亮度以啟動(dòng)的設(shè)計(jì)師來說，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案。+

要啟動(dòng) LED 關(guān)閉，在 LT3952 接通之前，SKYHOOK 必須處于一個(gè)高電壓狀態(tài)。如圖 6 所示，如果 PWM 引腳在啟動(dòng)期間保持低電平，則 LT3952 將不會(huì)啟動(dòng)，直到外部電源 （例如主微控制器） 命令它啟動(dòng)。單片機(jī)可以發(fā)送I2一旦 SKYHOOK 存在，C 設(shè)置命令就會(huì)向 LT3965 發(fā)出，并在電流流向 LT3952 之前將其開關(guān)設(shè)置到 LED OFF 位置。然后，在建立之后，可以對(duì) LT3965 PWM 置位，并且電流開始流過短路的 LT3965 開關(guān)，而 LED 則關(guān)閉。在此之后，可能會(huì)發(fā)生淡入淡出，或者 LT<> 調(diào)光器可以跳轉(zhuǎn)到特定的顏色或亮度。

圖6.使用此順序啟動(dòng)矩陣 LED 調(diào)光器混色器，所有 LED 熄滅。

在復(fù)位時(shí)，必須再次將 LT3952 的 PWM 拉低以將其關(guān)斷并在 LED 關(guān)斷位置重新啟動(dòng)。在圖1中，一個(gè)簡(jiǎn)單的微功耗升壓（如LT8330）可以從55V–6V輸入提供20V電壓。微控制器通過置位 ALERT 標(biāo)志接收 LT3965 已上電并準(zhǔn)備接收串行通信的信號(hào)。在任何開關(guān)短路之前，通過LED的零電流顯示為開關(guān)兩端的零電壓 - 解釋為短路故障并報(bào)告為短路故障。只有在 LT3965 由 SKYHOOK 上電后，才會(huì)斷言該標(biāo)志。

結(jié)論

LT3965 矩陣 LED 調(diào)光器可與 LT3952 升壓-降壓型轉(zhuǎn)換器配對(duì)，以形成一個(gè)準(zhǔn)確顏色的 RGBW LED 顏色混合器系統(tǒng)。它可用于從 500V 至 350V 輸入以 6mA 電流和 20kHz 開關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)兩個(gè) RGBW LED。這種多功能系統(tǒng)可以使用汽車電池、12V 電源或鋰離子電池供電。

正在申請(qǐng)專利的升壓-降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器拓?fù)涞目焖偎矐B(tài)響應(yīng)以及通過 256：1 I 實(shí)現(xiàn)的可預(yù)測(cè)調(diào)光控制可實(shí)現(xiàn)高色彩精度2C控制矩陣系統(tǒng)。它可以設(shè)置為在所有 LED 關(guān)閉的情況下啟動(dòng)，并且可以淡入淡出以啟動(dòng)或跳轉(zhuǎn)到特定顏色。雖然不是必需的，但可以添加光學(xué)反饋（通過微控制器）以提高色彩精度。

審核編輯：郭婷