led 将设计灵活性与实用、坚固的电路相结合,使汽车设计师能够生产出引人注目的前照灯设计,同时具有超长的使用寿命和性能。汽车设计师越来越多地在照明中加入led,因为它们可以以独特的醒目设计排列,有助于区分新车型和旧车型,或高端车型和经济型。
毫无疑问,汽车led照明已经到来,但它还没有充分发挥其潜力。未来的型号将配备更多的led灯,包括新的形状和颜色,以及对单个led的更多控制。简单的led串将让位于led矩阵,这些led矩阵可以通过计算机控制单独调光,从而实现无限的实时模式控制和动画。未来已经到来:凌力尔特的 lt3965 矩阵 led 驱动器使汽车照明设计迈出下一步变得容易。
我2使用单个 ic 实现 8 个电源开关的 c 控制
基本的 led 大灯设计可在均匀的 led 电流下运行,从而具有均匀的亮度。但这留下了led的大部分潜力。矩阵大灯利用 led 的固有功能,能够控制 led 灯串内单个 led 的亮度。
从理论上讲,通过计算机控制的电源开关对矩阵中的单个led进行寻址并不困难,允许打开或关闭单个led,或pwm调光,以创建独特的模式和功能。每个 led(或 led 段)都需要自己的转换器或自己的并联电源开关。可以使用包含串行通信功能的传统驱动器/转换器ic构建矩阵驱动器,但是一旦led矩阵需要两个或三个以上的开关,设计分立元件解决方案就变得具有挑战性,涉及超过led矩阵尺寸的元件矩阵。
the lt3965 i2c 8 开关矩阵 led 调光器可轻松控制大型或小型 led 矩阵(最多 512 个 led)。图 1 示出了 lt3965 在凌力尔特演示电路 dc2218 上的工作情况。
图1.lt3965 led 矩阵调光器演示电路 dc2218 作为林杜伊诺运行™屏蔽 (dc2026)。该演示电路运行前照灯、转向灯、尾灯和装饰模式,可通过usb电缆通过凌力尔特的图形用户界面进行评估。
图2.lt3965 60v 8 开关 led 矩阵调光器框图揭示了用于亮度控制的 8 个电源 nmos 寻线开关、故障标志和 i2c 串行通信接口。
其高度集成的设计(图 2)最大限度地减少了元件数量。lt3965 的可单独寻址通道可用于以多种方式控制 led 矩阵,包括:
每个 lt3965 能够在一串 led 内控制 8 个调光通道 — 8 个 led 或 8 个簇。
八个通道可以控制两个rgbw led模块上的单个红,绿,蓝和白光,以调节亮度或改变仪表板或装饰照明的颜色。
多个 lt3965 可在单个通信总线上单独寻址,以将大型阵列中的字符串相乘。
lt3965 能够控制每个通道的多个 led,或者可以组合通道以在较高电流下有效地控制单个 led。
当与合适的恒流 led 驱动器结合使用时,矩阵调光器 led 驱动器允许在前照灯、日间行车灯、制动灯和尾灯、侧弯灯、仪表板显示屏和其他装饰照明中对各个 led 进行计算机控制。lt3965 的内置自动故障检测功能可在发生故障时保护单个 led,并向微控制器报告故障。
60v lt3965 包括 8 个集成式 330mω 电源开关,可连接至一个或多个 led。电源开关通过关闭或pwm调光特定通道上的led来充当分流设备。这些开关可创建 8 个独立控制的亮度通道(高达 256:1 的调光比)和 led 灯串的 8 个防故障段。
当所有八个电源开关同时接通 (所有 led 熄灭)时,lt3965 能够处理一个 500ma 的串电流。这些开关可以并联连接,并通过四个led通道以1a电流运行,如本文后面所示。无论led数量或电流如何,led串都必须由设计合理的转换器驱动,该转换器具有足够的带宽来处理矩阵调光器的快速瞬变。本文包含一些参考设计。
lt3797 升压然后双降压模式利用两个 lt3965 驱动两个串、16 个 led/500ma
lt3965 的 8 个并联电源开关以 500ma 电流控制 8 个 led 通道的亮度。8-led 矩阵调光器系统的灯串电压可以在 0v 到 26v 之间,具体取决于在给定时间打开或关闭的 led 数量。用于驱动这些led的推荐转换器拓扑是具有高带宽且输出电容很少或没有输出电容的30v降压型转换器。这种降压拓扑要求将9v–16v汽车输入“预升压”至30v电源轨,降压型稳压器可从该电源轨工作。
三路输出 lt3797 led 控制器可方便地用作单 ic 解决方案,以实现“预升压”和降压功能 — 可在一个通道上配置为升压稳压器,然后在另外两个通道上配置为降压型 led 驱动器。两个降压型led驱动器中的每一个都可以驱动一串矩阵调光的led。这种拓扑结构具有许多优点,最值得注意的是,无论led串电压是高于还是低于电池电压,电路都能继续以最佳方式工作。
图3显示了图1所示演示板的原理图,这是一款升压后双降压模式lt3797和lt3965矩阵调光大灯系统,具有16个led,电流为500ma。每个 led 都可以单独控制打开、关闭或 pwm 调低至 1/256 亮度。lt3797 的 350khz 开关频率在 am 频带之外 (有利于 emi),而 lt3965 由此产生的 170hz pwm 调光频率 (由相同的 350khz 时钟产生)高于可见光范围。在系统正确同步的情况下,lt3797 和 lt3965 矩阵大灯将无闪烁运行。
图3.lt3965 矩阵 led 调光器系统,具有 lt3797 升压然后双降压模式 led 驱动器和两个 lt3965 矩阵调光器,后者可利用汽车电池以 500ma 电流驱动 16 个 led。我2c 串行通信控制单个 led 的亮度,并检查 led 和通道故障。
lt®3797 降压型模式转换器专为极快瞬变而优化,具有很少或没有输出电容器和适当的补偿控制环路。这些 >30khz 带宽转换器可承受快速 led 瞬变,因为 led 会打开和关闭,pwm 会随意调光。放置在led检测电阻上的滤波电容取代了控制系统中的一个极点,当输出电容减小或移除时,该极点会丢失,以实现矩阵调光器的快速瞬态性能。
来自开关节点的充电泵用于为 lt3965 v 供电在引脚比 led 电压高 7v 以上,使顶部通道 nmos 在驱动时得到充分增强。低 r+ds(on)lt3965 中的 nmos 开关即使在所有 8 个并联开关均导通时也能实现高功率操作而不会使 ic 变热,从而关闭整个 led 串。在这种情况下,lt3797 led 驱动器可以承受所有 8 个并联开关产生的虚拟输出短路,而不会出现任何问题,并准备通过下一个接通的 led 快速调节 500ma。
演示电路dc2218(图1)采用图3所示系统,操作带有i的矩阵大灯2c微控制器通过dc2026,林杜伊诺™一个演示电路。dc2218 作为大型 linduino 屏蔽运行,具有高达 400khz 的串行代码,可生成不同的前照灯模式,并与凌力尔特的图形用户界面接口(图 4)。
图4.基于 pc 的接口允许设计人员对由 lt3965 驱动的 led 进行访问控制和监视。
在图 4 所示的 gui 中,可以使用全通道模式和单通道模式命令以及故障检查读写命令检查 led 亮度和故障保护功能,以检查 led 开路和短路。该演示电路系统可以检查无闪烁操作、故障保护和瞬态操作。dc2218可以直接插入12v dc电源,可以由运行gui的个人计算机控制,也可以通过简单的usb连接重新编程。
采用并行通道
的 1a 矩阵 led 驱动器 lt3965 可用于驱动 1a led 通道的矩阵。很容易并联 lt3965 的电源开关,以便两个电源开关分离 1a 的 led 电流,每个 lt3965 控制四个 1a 通道。使用并联电源开关获得更高电流的一种方法是,每个反相并联开关仅在pwm周期的50%内运行。通过单个nmos电源开关交替运行1a的一半时间,有效加热大约等于一直通过相同的nmos运行500ma。
图 5 示出了采用 8 个 led 的 1a 矩阵大灯系统,这些 led 由两个 lt3965 和另一个升压然后双降压模式 lt3797 驱动。当进行 pwm 调光时,lt3797 对 8 个开关采用独特的 1/8 周期相位,如图 6 所示。在此 1a 矩阵系统中,lt3797 通道以并联对方式组合,因此配对通道是反相的,彼此成 180°;专门配对通道 8 和 4、7 和 3、6 和 2 以及 5 和 1。并行通道交替分流,有效地将pwm频率加倍,具有分散分流电流和热量的优点。为此,任何单个并联电源开关的最大占空比为 50%,因为两个在 50% 的时间内打开的反相开关(每个在 50% 的时间内分流一个 led)会在 100% 的时间内关闭 led。
图5.1a 矩阵 led 驱动器结合了反相并联通道,适用于高功率 led 前照灯系统中的更高电流应用。
图6.8 个 lt3965 电源开关的 1/8 pwm 无闪烁相位可限制 pwm 调光亮度控制期间的瞬变。
每个 lt3965 控制由两个 1a 降压模式 lt3797 通道 (来自 lt3797 升压型 20v 通道)驱动的 4 个 1a led 的亮度。这种高功率、稳健的系统可以扩展为具有更多 lt3965 的更多 led 或具有更多并联通道的更高电流 led 供电。每个通道可以以 1a 电流驱动两个 led,并提高这种灵活的前照灯系统的功率。
每个通道多个 led
lt3965 可支持每通道 1 至 4 个 led。虽然单独控制每个led以实现故障保护或高分辨率模式可能是有利的,但并不总是必要的。每个通道使用多个 led 可减少系统中矩阵调光器的数量,并足以完成某些设计所需的模式或调光。前照灯、信号灯和尾灯部分最多可以有四个亮度相同的 led。应急 led 灯可以有一组三个和四个 led,它们以相同的模式闪烁和波动。
图7中的电路演示了一个每通道两个led的系统——它的led数量与图3中的电路相同,但仅使用一个lt3965矩阵调光器,而不是两个。
图7.灵活的 lt3965 能够在独立的 led 串上驱动 led 通道,并能够驱动每个通道 1 到 4 个 led。(完整的驱动器电路与图3类似,但只有一个lt3956,如下所示。
当一个我2c 命令指示 lt3965 接通、关断或调暗一个通道,这会影响由该通道的并联电源开关控制的两个 led。为了保持在 lt3965 的电压限制范围内,仍需要将 500ma 的 16 个 led 分成两个串联 led 串,如图 2 所示。可以使用图2中的相同lt3797电路,但只有一个lt3965控制两个串的亮度。这演示了 lt3965 内部的每个 nmos 并联电源开关如何独立于其他开关进行配置,从而实现了多种矩阵设计。
全通道模式和单通道模式 i2具有无闪烁pwm和淡入淡出的c命令
我2lt3965 的 c 指令集包括 1 字、2 字和 3 字命令。这些命令通过串行数据线(sda)与主生成时钟线(scl)一起以高达400khz的速度发送。主微控制器发送全通道模式 (acm) 或单通道模式 (scm) 写入命令,以控制 led 通道和 lt3965 地址的亮度、淡入淡出、开路门限和短路门限。
广播模式 (bcm)、acm 和 scm 读取命令要求 lt3965 报告其寄存器的内容,包括用于故障诊断的开路和短寄存器。lt3965 在出现新故障时置位一个 alert 标志。微型器件可以通过确定哪个 lt3965 报告故障以及故障的类型和通道来响应故障。在多个 lt3965 ic 报告故障的情况下,lt3965 可以对故障报告进行排序,以防止重叠错误。这使得警报响应系统可靠且确凿。lt3965 数据手册中给出了寄存器和命令集的完整列表。
acm 写入命令只需两个 i 即可立即打开或关闭单个 lt3965 地址的所有 8 个通道2c 字 - 通道同时转换打开或关闭。打开或关闭大量 led 会给 dc/dc 转换器带来显著的电流电压负载阶跃。本文介绍的转换器可以优雅地处理这些瞬变,只需很少或没有输出电容和高带宽。
如图 8 所示,转换大量 led 的 acm 写入不会在其他通道的 led 电流上产生可见的闪烁或明显的瞬变。围绕 lt3797 构建的高带宽降压模式转换器是实现如此小且受控瞬变的原因。
图8.本文所示的led矩阵驱动器设计具有极小甚至没有跨通道瞬态效应的特点。例如,转换一半的通道(此处为同时打开两个通道和关闭两个通道)对其他四个未触及的通道几乎没有瞬态影响。非转换通道保持无闪烁。
单通道模式写入产生相对较小且快速的单 led 瞬变。scm 写入用于一次仅将一个通道的亮度设置为开、关或带或不带淡入淡出的 pwm 调光。1/256 和 255/256 之间的 pwm 调光值通过 3 字写入进行通信,而 on 和 off 可以通过较短的 2 字命令进行通信。单个 scm 写入命令上的一个淡入淡出位使 lt3965 能够在两个 pwm 调光电平之间移动,并具有内部确定的对数淡入淡出,并且无需额外的 i2c 流量。每个通道的开路和短路阈值可以通过scm写入命令设置在1到4个led之间。
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调光器的固有优势。每个通道的 nmos 电源开关可以在 1 到 4 个串联 led 之间分流。传统的led串具有防止整个灯串开路或短路的保护,只有一些ic具有输出诊断标志来指示这些故障条件。相比之下,lt3965 可防止各个通道短路和开路,从而在记录和报告故障情况的同时保持操作通道活动并运行。
当字符串内发生故障时,lt3965 会检测到该故障并置位其 alert 标志,从而向微控制器指示存在需要解决的问题。如果故障是开路,则 lt3965 会自动接通其相应的 nmos 电源开关,旁路故障 led,直到进行全面诊断或消除故障。
lt3965 维护每个通道的开路和短路故障寄存器,并在 i 期间将数据返回到微控制器2c 错误读取命令。该命令集包括保持状态寄存器不变的读取和清除故障寄存器的读取,允许用户可编程故障诊断。寄存器可以在允许写入的各种模式下读取,scm,acm,bcm:
单通道模式 (scm) 读取返回单个通道的开路和短寄存器位。scm 读取还检查该通道的开路和短路阈值寄存器、模式控制以及 8 位 pwm 调光值。
所有通道模式 (acm) 读取返回给定地址的所有通道的开路和短寄存器位,而不清除位,以及所有八个通道的 acm on 和 off 位。
在具有许多 lt3965 矩阵调光器共享同一总线的更复杂的系统中,广播模式 (bcm) 首先读取请求,如果有的话,lt3965 地址已置位故障标志。
acm 和 scm 读取可用于检查和清除故障,并读取所有寄存器以实现稳健的 i2c 通信系统。
在同一总线上多达 16 个可寻址 lt3965s
每个 lt3965 具有 4 个用户可选地址位,从而实现 16 个唯一的总线地址。每个 acm 和 scm i2c 命令被发送到共享通信总线,但仅由寻址的 lt3965 执行操作。bcm 命令后跟总线上的所有 ic。4 位地址架构允许单个微控制器和单个 i2c 2 线通信总线,支持多达 8 个× 16 = 128 个可单独控制的通道。对于 lt3965,对于除最雄心勃勃的照明显示器之外的所有照明显示器,汽车前照灯、尾灯和装饰灯中的所有单个 led 均可由单个 i 控制2c 通信总线和单个微控制器。鉴于每个通道最多可以连接到四个led,一个相对易于实现的系统可以支持多达512个led的矩阵调光。
结论
lt®3965 矩阵 led 调光器控制单个 led 灯串上的 8 个 led 亮度通道,使照明设计人员能够无限制地访问复杂而引人注目的汽车照明设计。我2c 通信接口允许微处理器控制串中单个 led 的亮度。i 中的故障保护2c 接口确保 led 照明系统的稳健性。矩阵调光器的通道是通用的:每个通道可以控制多个led;通道可以组合以支持更高电流的 led;或者,在同一通信总线上使用多达 16 个矩阵调光器 ic 生产高 led 数系统。在设计汽车前灯、尾灯、前灯、侧灯、仪表板灯和装饰灯方面迈出下一步——未来就是现在。
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