LED將設(shè)計(jì)靈活性與實(shí)用強(qiáng)健的電路相結(jié)合，使汽車設(shè)計(jì)人員能夠生產(chǎn)驚人的前燈設(shè)計(jì)，并且具有超長(zhǎng)的使用壽命和性能。凌力爾特公司LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品高級(jí)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人Keith Szolusha現(xiàn)在是ADI公司的一員，他解釋汽車設(shè)計(jì)師如何將LED納入照明領(lǐng)域，因?yàn)樗麄兛梢园才旁讵?dú)特的引人注目的設(shè)計(jì)中 - 幫助區(qū)分新舊模型，或經(jīng)濟(jì)高端。

LED矩陣調(diào)光器演示電路作為L(zhǎng)induino?屏蔽層運(yùn)行

毫無(wú)疑問(wèn)，汽車LED照明已經(jīng)到來(lái)，但尚未達(dá)到其全部潛力。未來(lái)的車型將采用更多的LED燈，包括新的形狀和顏色，以及對(duì)單個(gè)LED的更多控制。簡(jiǎn)單的LED串將讓位于通過(guò)計(jì)算機(jī)控制單獨(dú)調(diào)光的LED矩陣，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)限的實(shí)時(shí)模式控制和動(dòng)畫。以LT3965矩陣LED驅(qū)動(dòng)器和與LT3797升壓然后雙降壓模式驅(qū)動(dòng)器的組合為例，將展示驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的先進(jìn)程度如何使汽車照明設(shè)計(jì)的下一步變得輕松。

用單個(gè)IC對(duì)8個(gè)電源開關(guān)進(jìn)行I2C控制

基本的LED前大燈設(shè)計(jì)可以在均勻的LED電流下工作，因此亮度均勻。但是這留下了很多LED在桌面上的潛力。矩陣車燈通過(guò)控制LED燈串內(nèi)各個(gè)LED的亮度，充分利用LED的天生能力。

理論上講，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的電源開關(guān)來(lái)處理矩陣中的單個(gè)LED并不困難，從而允許單獨(dú)的LED打開或關(guān)閉，或者PWM調(diào)暗，以創(chuàng)建獨(dú)特的圖案和功能。每個(gè)LED（或LED的一部分）需要自己的轉(zhuǎn)換器或其自己的分流電源開關(guān)。有可能用傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器/轉(zhuǎn)換器IC構(gòu)建一個(gè)包含串行通信功能的矩陣驅(qū)動(dòng)器，但是一旦LED矩陣需要多于兩個(gè)或三個(gè)開關(guān)，設(shè)計(jì)分立元件解決方案變得具有挑戰(zhàn)性，涉及元件矩陣超過(guò)LED矩陣的大小。

IC 8開關(guān)矩陣LED調(diào)光器可輕松控制大型或小型LED矩陣（最多512個(gè)LED）。圖1顯示了演示電路上的驅(qū)動(dòng)器。

圖1：LED矩陣調(diào)光器演示電路作為L(zhǎng)induino?屏蔽層運(yùn)行。該演示電路運(yùn)行大燈，轉(zhuǎn)動(dòng)燈光，尾燈和裝飾圖案，并可通過(guò)USB電纜通過(guò)圖形用戶界面進(jìn)行評(píng)估

其高度集成的設(shè)計(jì)（圖2）最大限度地減少了元件數(shù)量。可單獨(dú)尋址的通道可用于以多種方式控制LED矩陣。

圖2：60 V 8開關(guān)LED矩陣調(diào)光器框圖顯示了用于亮度控制的8個(gè)功率NMOS分流開關(guān)，故障標(biāo)志和I2C串行通信接口

LED矩陣的控制選項(xiàng)：

每個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以控制8個(gè)調(diào)光通道 - 八個(gè)LED或八個(gè)群集 - 在一串LED中

八個(gè)通道可以控制兩個(gè)RGBW LED模塊上的紅色，綠色，藍(lán)色和白色光，以調(diào)節(jié)亮度或改變儀表板或裝飾照明的顏色

多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序可以在單個(gè)通信總線上單獨(dú)尋址，以便將字符串乘以大數(shù)組

一個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以控制每個(gè)通道的多個(gè)LED，或者可以組合通道來(lái)高效控制單個(gè)LED的電流

與合適的恒流LED驅(qū)動(dòng)器配合使用時(shí)，矩陣調(diào)光器LED驅(qū)動(dòng)器允許通過(guò)大燈，日間行車燈，制動(dòng)器和尾燈，側(cè)彎燈，儀表板顯示屏和其他裝飾照明裝置對(duì)各個(gè)LED進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制。內(nèi)置的自動(dòng)故障檢測(cè)能夠在發(fā)生故障時(shí)保護(hù)單個(gè)LED并向微控制器報(bào)告故障。

60 V驅(qū)動(dòng)器包含八個(gè)集成的330mΩ電源開關(guān)，可以連接到一個(gè)或多個(gè)LED。電源開關(guān)通過(guò)關(guān)閉或調(diào)光特定通道上的LED來(lái)充當(dāng)分流器件。這些開關(guān)創(chuàng)建8個(gè)單獨(dú)控制的亮度通道（高達(dá)256：1調(diào)光比）和8個(gè)LED串的防故障段。

當(dāng)所有八個(gè)電源開關(guān)同時(shí)打開時(shí)（所有LED熄滅），它可處理500 mA的串電流。如本文后面所述，開關(guān)可并聯(lián)連接，并通過(guò)四個(gè)通道的LED以1A運(yùn)行。無(wú)論LED數(shù)量或電流如何，LED串必須由設(shè)計(jì)合理的轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)，該轉(zhuǎn)換器具有處理矩陣調(diào)光器快速瞬變的帶寬。本文中包含一些參考設(shè)計(jì)。

升壓，然后雙降壓模式驅(qū)動(dòng)兩串，16個(gè)LED，500 mA，帶兩個(gè)矩陣驅(qū)動(dòng)器

矩陣LED驅(qū)動(dòng)器的八個(gè)分流電源開關(guān)在500 mA時(shí)控制八個(gè)通道LED的亮度。8-LED矩陣調(diào)光器系統(tǒng)的串電壓可以在0到26 V之間，具體取決于在給定時(shí)間內(nèi)有多少個(gè)LED處于打開或關(guān)閉狀態(tài)。推薦用于驅(qū)動(dòng)這些LED的轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一款30 V降壓型轉(zhuǎn)換器，具有高帶寬和很少或沒(méi)有輸出電容。這種降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求9-16 V汽車輸入“預(yù)升壓”到降壓穩(wěn)壓器可以工作的30 V電壓軌。

三路輸出LT3797 LED控制器可方便地用作“預(yù)升壓”和降壓功能的單IC解決方案 - 可在一個(gè)通道上配置為升壓型穩(wěn)壓器，然后配置降壓型LED驅(qū)動(dòng)器在另外兩個(gè)頻道上。兩個(gè)降壓LED驅(qū)動(dòng)器中的每一個(gè)都可以驅(qū)動(dòng)一串矩陣變暗的LED。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點(diǎn)，最值得注意的是，無(wú)論LED串電壓高于還是低于電池電壓，電路都能夠繼續(xù)最佳工作。

圖3顯示了圖1所示演示板的原理圖，該演示板是一個(gè)升壓后雙降壓模式矩陣調(diào)光前燈系統(tǒng)，帶有16個(gè)500 mA的LED。每個(gè)LED都可以單獨(dú)控制開/關(guān)或PWM調(diào)暗至1/256亮度。350 kHz開關(guān)頻率在AM頻段之外（對(duì)EMI有好處），并且由同一個(gè)350 kHz時(shí)鐘產(chǎn)生的170 Hz PWM調(diào)光頻率高于可見范圍。系統(tǒng)正確同步后，矩陣大燈無(wú)閃爍。

圖3：具有升壓后降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)矩陣調(diào)光器的矩陣LED調(diào)光器系統(tǒng)，可驅(qū)動(dòng)汽車電池在500 mA時(shí)的16個(gè)LED。I2C串行通信控制各個(gè)LED的亮度并檢查L(zhǎng)ED和通道故障

LT3797降壓模式轉(zhuǎn)換器針對(duì)幾乎沒(méi)有輸出電容和適當(dāng)補(bǔ)償控制環(huán)路的極快速瞬變進(jìn)行了優(yōu)化。這些> 30 kHz帶寬轉(zhuǎn)換器可承受快速LED瞬變，因?yàn)長(zhǎng)ED隨時(shí)打開和關(guān)閉以及PWM變暗。放置在LED檢測(cè)電阻上的濾波電容取代了控制系統(tǒng)中的一個(gè)極點(diǎn)，當(dāng)輸出電容被減小或去除時(shí)，為了矩陣調(diào)光器的快速瞬態(tài)性能而丟失。

來(lái)自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電荷泵用于為矩陣LED驅(qū)動(dòng)器的VIN引腳提供比LED +電壓高7 V以上的電壓，以在驅(qū)動(dòng)時(shí)使頂部通道NMOS完全增強(qiáng)。即使所有八個(gè)分流開關(guān)都打開，關(guān)閉整個(gè)LED燈串，低RD（ON）NMOS開關(guān)仍能夠在IC不變熱的情況下實(shí)現(xiàn)高功率運(yùn)行。在這種情況下，LED驅(qū)動(dòng)器可以保持由所有八個(gè)分流開關(guān)創(chuàng)建的虛擬輸出短路，而不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題，并且可以通過(guò)下一個(gè)打開的LED快速調(diào)節(jié)500 mA。

圖1中的演示電路具有圖3所示的系統(tǒng)，并通過(guò)Linduino?One演示電路使用附帶的IC微控制器操作矩陣前燈。使用的演示板作為L(zhǎng)induino大屏蔽罩運(yùn)行，具有高達(dá)400 kHz的串行代碼，可生成不同的車頭燈圖案并與圖形用戶界面（圖4）連接。

在圖4所示的GUI中，LED亮度和故障保護(hù)功能可通過(guò)“全通道模式”和“單挑戰(zhàn)模式”命令以及“故障檢查”讀取和寫入命令來(lái)檢查開路和短路LED。這個(gè)演示電路系統(tǒng)可以檢查無(wú)閃爍操作，故障保護(hù)和瞬態(tài)操作。DC2218可直接插入12 V直流電源，并可通過(guò)運(yùn)行GUI的個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，或通過(guò)簡(jiǎn)單的USB連接進(jìn)行重新編程。

圖4：基于PC的界面允許設(shè)計(jì)人員訪問(wèn)LED的控制和監(jiān)視

1使用并行通道的矩陣LED驅(qū)動(dòng)器

LT3965可用于驅(qū)動(dòng)1A LED通道的矩陣。并聯(lián)電源開關(guān)很容易，因此兩個(gè)電源開關(guān)將LED電流分成1 A，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制四個(gè)1 A通道。使用并聯(lián)電源開關(guān)以獲得更高電流的一種方法是僅在PWM周期的50％內(nèi)運(yùn)行每個(gè)反相并聯(lián)開關(guān)。通過(guò)一個(gè)NMOS電源開關(guān)交替運(yùn)行1 A一半的時(shí)間，有效加熱大約等于通過(guò)相同的NMOS在所有時(shí)間內(nèi)運(yùn)行500 mA。

圖5：1矩陣LED驅(qū)動(dòng)器結(jié)合了反相并聯(lián)通道，可用于大功率LED大燈系統(tǒng)中的更高電流應(yīng)用

圖5顯示了一個(gè)1A矩陣大燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用由兩個(gè)矩陣LED驅(qū)動(dòng)器和另一個(gè)升壓后降壓模式IC驅(qū)動(dòng)的八個(gè)LED。當(dāng)PWM調(diào)光時(shí)，IC使用8個(gè)開關(guān)的獨(dú)特1/8周期相位，如圖6所示。在這個(gè)1 A矩陣系統(tǒng)中，升壓和降壓模式的LED驅(qū)動(dòng)器通道并行組合，這樣成對(duì)的通道是反相的，相互成180°;特別是對(duì)通道8和4,7和3,6和2以及5和1進(jìn)行配對(duì)。并聯(lián)通道交替分流，有效地加倍了PWM頻率，并具有擴(kuò)散分流電流和熱量的優(yōu)勢(shì)。為使此功能正常工作，任何單個(gè)并聯(lián)電源開關(guān)的最大占空比為50％，因?yàn)?0％的時(shí)間內(nèi)有兩個(gè)反相開關(guān)（每50％的時(shí)間分路一次）將LED關(guān)閉100 ％ 的時(shí)間。

圖6：八個(gè)矩陣LED驅(qū)動(dòng)器功率開關(guān)的1/8 PWM無(wú)閃爍相位限制了PWM調(diào)光亮度控制期間的瞬態(tài)

每個(gè)矩陣LED潛水員控制由兩個(gè)1 A降壓模式LT3797通道（來(lái)自升壓的20 V通道）驅(qū)動(dòng)的四個(gè)1 A LED的亮度。這種高功率，強(qiáng)大的系統(tǒng)可以通過(guò)更多的LT3965或更高電流的LED并聯(lián)更多通道來(lái)擴(kuò)大功率，從而為更多的LED供電。可以在1 A的每個(gè)通道上驅(qū)動(dòng)兩個(gè)LED，并驅(qū)動(dòng)這個(gè)靈活的大燈系統(tǒng)的電源。

每個(gè)通道多個(gè)LED

矩陣驅(qū)動(dòng)器可以支持每個(gè)通道一至四個(gè)LED。雖然這可能是有利的單獨(dú)控制的故障保護(hù)或高分辨率模式的每一個(gè)LED，它并不總是必要的。使用一個(gè)以上的每通道LED降低矩陣的調(diào)光器的數(shù)量的系統(tǒng)和足以實(shí)現(xiàn)圖案或調(diào)光需要一些設(shè)計(jì)。頭燈，信號(hào)燈和尾燈的段可以具有多達(dá)四個(gè)的LED具有相同的亮度。緊急LED燈可以具有組三個(gè)和四個(gè)LED閃爍該并用相同的圖案波。

圖7：該柔性基質(zhì)的LED驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)上獨(dú)立的LED串的LED通道，并且可以每信道1個(gè)四個(gè)LED驅(qū)動(dòng)之間。（完整的驅(qū)動(dòng)電路類似于圖3，但只有一個(gè)IC，如圖所示）

圖7中的電路演示了一個(gè)雙通道LED系統(tǒng) - 它具有與圖3中的電路相同數(shù)量的LED，但僅使用單個(gè)矩陣調(diào)光器而不是兩個(gè)。

當(dāng)IC命令告訴LT3965打開，關(guān)閉或調(diào)暗通道時(shí)，它會(huì)影響由該通道的分流電源開關(guān)控制的兩個(gè)LED。為了保持IC的電壓限制，500mA的16個(gè)LED仍然需要分成兩個(gè)串聯(lián)的LED串，如圖2所示。可以使用圖2中相同的升壓后降壓模式電路，但只有一個(gè)矩陣LED驅(qū)動(dòng)器控制兩個(gè)串的亮度。這演示了IC內(nèi)部每個(gè)NMOS分流電源開關(guān)如何獨(dú)立于其他電源開關(guān)進(jìn)行配置，從而可以進(jìn)行各種各樣的矩陣設(shè)計(jì)。

所有通道模式和單通道模式IC命令均具有無(wú)閃爍PWM和淡入淡出功能

IC指令集包括1個(gè)，2個(gè)和3個(gè)字的命令。這些命令通過(guò)串行數(shù)據(jù)線（SDA）以高達(dá)400 kHz的速度與主生成時(shí)鐘線（SCL）一起發(fā)送。主微控制器發(fā)送所有通道模式（ACM）或單通道模式（SCM）寫入命令，以控制LED通道和LT3965地址的亮度，淡入，開路閾值和短路閾值。

廣播模式（BCM），ACM和SCM讀命令要求驅(qū)動(dòng)程序報(bào)告其寄存器的內(nèi)容，包括用于故障診斷的開放和短寄存器。發(fā)生新故障時(shí)，矩陣LED驅(qū)動(dòng)器會(huì)置位ALERT標(biāo)志。微型設(shè)備可以通過(guò)確定哪個(gè)驅(qū)動(dòng)程序報(bào)告了故障以及故障的類型和通道來(lái)響應(yīng)故障。在多個(gè)IC報(bào)告故障的情況下，他們可以將故障報(bào)告順序排列到主設(shè)備上以防止重疊錯(cuò)誤。這使得警報(bào)響應(yīng)系統(tǒng)可靠且具有決定性。數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出了完整的寄存器和命令集列表。

ACM寫入命令立即使用兩個(gè)IC字開啟或關(guān)閉單個(gè)LT3965地址的所有八個(gè)通道 - 通道同時(shí)開啟或關(guān)閉。打開或關(guān)閉大量LED將對(duì)DC / DC轉(zhuǎn)換器提供顯著的電流電壓負(fù)載步驟。這里介紹的轉(zhuǎn)換器可以很好地處理這些瞬變現(xiàn)象，幾乎沒(méi)有輸出電容和高帶寬。

如圖8所示，通過(guò)ACM寫入轉(zhuǎn)換大量的LED，不會(huì)對(duì)其他通道的LED電流產(chǎn)生可見的閃爍或明顯的瞬態(tài)。圍繞LT3797構(gòu)建的高帶寬降壓模式轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)如此小的瞬態(tài)控制的原因。

圖8：本文中展示的LED矩陣驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)具有最小或不具有跨通道瞬態(tài)效應(yīng)。例如，過(guò)渡一半頻道 - 在這里，同時(shí)打開兩個(gè)并關(guān)閉兩個(gè)頻道 - 對(duì)其他四個(gè)未觸及的頻道幾乎沒(méi)有瞬態(tài)效應(yīng)。未轉(zhuǎn)換的通道保持無(wú)閃爍

單通道模式寫入產(chǎn)生相對(duì)較小且快速的單LED瞬變。單片機(jī)寫入用于將帶有或不帶有淡入淡出功能的開啟，關(guān)閉或PWM調(diào)光一次只設(shè)置一個(gè)通道的亮度。PWM調(diào)光值在1/256和255/256之間以3字寫入，而ON和OFF可以以較短的2字命令傳送。單個(gè)SCM寫入命令中的淡入位使LT3965能夠在兩個(gè)PWM調(diào)光電平之間移動(dòng)，并具有內(nèi)部確定的對(duì)數(shù)衰減并且無(wú)需額外IC流量。使用SCM寫入命令可以在1到4個(gè)LED之間設(shè)置每個(gè)通道的開放和短期閾值。

每個(gè)通道的短路和開路LED故障保護(hù)

短路和開路保護(hù)是這款矩陣調(diào)光器的固有優(yōu)勢(shì)。每個(gè)通道的NMOS電源開關(guān)可以在1至4個(gè)串聯(lián)LED之間分流。傳統(tǒng)的LED燈串可以防止整個(gè)燈串開路或短路，只有一些IC具有輸出診斷標(biāo)志來(lái)指示這些故障狀態(tài)。相比之下，這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序可以防止單個(gè)通道短路并打開，從而保持運(yùn)行通道的運(yùn)行和運(yùn)行，同時(shí)記錄和報(bào)告故障狀態(tài)。

當(dāng)一個(gè)字符串內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序檢測(cè)到故障并置位其ALERT標(biāo)志，向微控制器表明存在需要解決的問(wèn)題。如果故障是開路，則驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)打開其對(duì)應(yīng)的NMOS電源開關(guān)，繞過(guò)故障LED直到完全診斷或直到故障消除。

IC保存每個(gè)通道的開路和短路故障寄存器，并在IC故障讀取命令期間將數(shù)據(jù)返回給微控制器。命令集包括使?fàn)顟B(tài)寄存器保持不變的讀取和清除故障寄存器的讀取，從而允許用戶可編程的故障診斷。

可以在允許寫入的各種模式下讀取寄存器，SCM，ACM，BCM：

單通道模式（SCM）讀取返回單個(gè)通道的開路和短路寄存器位。SCM讀取還檢查開放和短期閾值寄存器，模式控制以及該通道的8位PWM調(diào)光值

所有通道模式（ACM）讀取都會(huì)返回給定地址的所有通道的開路和短路寄存器位，而不會(huì)清除該位，以及所有八個(gè)通道的ACM ON和OFF位

在具有許多共享相同總線的矩陣調(diào)光器的更復(fù)雜系統(tǒng)中，廣播模式（BCM）讀取首先請(qǐng)求哪個(gè)（如果有的話）IC地址聲明了故障標(biāo)志

ACM和SCM讀取可用于檢查和清除故障并讀取所有寄存器，以獲得強(qiáng)大的IC通信系統(tǒng)

同一總線上最多可尋址16個(gè)驅(qū)動(dòng)程序

每個(gè)IC具有四個(gè)用戶可選的地址位，可實(shí)現(xiàn)16個(gè)獨(dú)特的總線地址。每個(gè)ACM和SCM IC命令都被發(fā)送到共享通信總線，但只有被尋址的IC才會(huì)采取行動(dòng)。總線上的所有IC都遵循BCM命令。4位地址架構(gòu)允許單個(gè)微控制器和單個(gè)IC雙線通信總線支持多達(dá)8個(gè)。16 = 128個(gè)獨(dú)立可控通道。有了這款驅(qū)動(dòng)器，除了最雄心勃勃的照明顯示屏之外，汽車大燈，尾燈和裝飾燈中的所有單個(gè)LED都可以通過(guò)單個(gè)IC通信總線和單個(gè)微控制器進(jìn)行控制。考慮到每個(gè)通道最多可以連接四個(gè)LED，一個(gè)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)可支持多達(dá)512個(gè)LED的矩陣調(diào)光。

結(jié)論

矩陣LED調(diào)光器控制單個(gè)LED串上的八個(gè)LED亮度通道，為照明設(shè)計(jì)師提供無(wú)限制的接入復(fù)雜和引人注目的汽車照明設(shè)計(jì)。IC通信接口允許微處理器控制串中各個(gè)LED的亮度。IC接口中的故障保護(hù)確保了LED照明系統(tǒng)的穩(wěn)健性。矩陣調(diào)光器的通道是多功能的：每個(gè)通道可以控制多個(gè)LED;通道可以結(jié)合使用以支持更高電流的LED;或者在相同的通信總線上可以使用多達(dá)16個(gè)矩陣調(diào)光器IC生產(chǎn)高LED數(shù)量的系統(tǒng)。現(xiàn)在已經(jīng)到了設(shè)計(jì)汽車前燈，尾燈，前部，側(cè)面，儀表板和裝飾燈的下一個(gè)步驟。