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智慧LED光源驅動器LED1642GW
創新功能讓系統設計更靈活

【作者: Fabio Occhipinti等】   2016年12月01日 星期四

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LED在我們日常生活中已十分常見,行動應用、廣告看板、液晶電視背光、照明和汽車LED燈光隨處可見。LED燈具價格走低,能效提升,讓設備廠商獲得重新設計產品的動力。每種產品都需要不同的LED驅動器,因此在成熟的LED驅動市場中,供應商必須不斷地優化產品性能、可靠性和成本結構。對於要求高且高成本的重要專案,欲實現真正的產品差異化,並取得同級最佳的性能,則必須以巧妙的方式實現功能創新,以市場價創造附加值。


LED1642GW是意法半導體新一代LED陣列驅動器,新增一系列完全可設置的創新功能,同時保留原來的24針腳標準封裝,在實際應用中只需一個外部電阻,就可大幅降低元件成本,提高系統設計的靈活性。


新的嵌入式功能讓系統設計變得更加靈活,為使用者提供不同的配置選擇,例如局部調光、全域電流調節、開關時間設定、通道間順序延時、先進的LED故障檢測報告、自動節能專利技術、串列資料與時鐘重新同步等諸多功能。


LED1642GW專注於滿足應用領域對降噪的需求,如圖一所示,讓用戶能夠透過序列介面,設定輸出通道的開關速度,共有四段速度可供選擇,導通時間設定範圍為30nS- 270nS。配合可設定通道間輸出延時,開關時間設定讓使用者輕鬆地調節應用,確實降低EMI干擾,並可最大限度提升電壓穩定性。當輸出通道設為關斷且在收到第一通道導通命令後,執行快速自動喚醒功能時,自動省電節能創新功能可自動關斷驅動器。


此外,LED1642GW標準LED驅動器具有優異的通道對通道輸出電流匹配度(±3%,每款產品都擁有業界最小的工作電流,並且擁有汽車級品質證書,確保產品本身具有高水準的可靠性和穩健性。LED1642GW巧妙地因應新的市場需求,在標準封裝內結合諸多創新功能,為用戶提供業界最佳的創新成本比。



圖一 : ALED1642GW的主要應用示例
圖一 : ALED1642GW的主要應用示例

產品簡介

LED1642GW是意法半導體為LED面板和顯示板設計的一款低壓低功耗16位元單片移位暫存器,保證20V輸出電壓,可驅動多粒串聯的LED。輸出端有十六個穩壓電源,提供3mA-36mA恒流輸出驅動LED。使用者可透過一個外部電阻設置電流,經由兩個7位元電流增益寄存器在兩個子量程內調節電流,還可以通過12/16位元灰度控制器調節每個通道的亮度。


開關時間可以設為四個不同值,有助於降低系統雜訊。LED1642GW提供開路/短路故障檢測模式,自動關閉和自動開啟功能(可選)可節省電能,無需任何外部干預。熱管理功能在過熱時報警,輸出過熱(170°C)時關斷驅動器。


序列介面的高頻時鐘(最高30 MHz)使該產品適合高速率資料傳輸。可選的逐漸輸出延時用於降低湧流,特別是在菊輪鍊配置中,可選的SDO同步功能十分實用。電源電壓範圍為3V到5.5V。


多功能提高設計靈活性

增益控制和電流範圍

透過連接在R-EXT引腳和GND引腳之間的外部電阻,可以設置驅動器的輸出電流,同時,還可通過配置寄存器專用位元來修改電流值。根據內部增益和範圍調整,該產品可將電流提升至36mA或是降至3Ma,因此無需修改外部電阻值即可更改輸出電流,從而避免修改硬體,如圖二所示。此項功能還能用於全域模擬調光功能,設置驅動器輸出直流可調節LED的亮度和色溫。



圖二 : 內部增益調節
圖二 : 內部增益調節

偵錯

終止顯示器正常運行,且開啟驅動器的全部通道,可以執行故障檢查,查找LED燈或顯示幕故障。例如,可發現開路或短路LED,並確定其所在位置,從而簡化顯示螢幕檢修作業。


自動關閉電源和喚醒

當所有輸出通道都關閉時,這項功能可以降低功耗。通過配置寄存器可以開啟或禁用這項功能。當所有通道的鎖存資料是「0」時(輸出關閉),自動關閉電源(AutoOFF)啟動;當第一個鎖存資料串包含至少一個值是「1」的資料位元時(至少一個輸出是開啟狀態),該驅動器將會重新啟動(喚醒)。這項功能可大幅降低顯示螢幕的耗電量,節能效果在大尺寸顯示器應用中特別明顯。


可設置開關時間

為進一步提升設計靈活性,電流發生器可以設置開關時間(輸出電流波形)。按照實際應用需求,透過使用配置寄存器,可將開關時間設為以下四個不同的數值,分別是30/20ns、100/40ns、140/80ns、180/150ns。可選數值為tON(升流時間)和tOFF(降流時間)。在LED PWM工作過程中,這個功能可優化EMI性能。


SDO延時

在正常情況下,SDO引腳資料在時鐘訊號上升沿移出,如圖三所示,訊號(1)傳播延時大約15ns;SDO引腳資料在時鐘訊號下降沿移出,如圖三所示,訊號(2)傳播延時大約幾奈秒。透過正確設置配置寄存器可開啟這項功能,這在資料通道和時鐘通道延時失匹的菊輪鍊結構中特別有用(電路板走線)。在實體層時鐘和資料很難同步時,SDO延時是一個快捷的解決方案,如圖三所示。



圖三 : SDO同步
圖三 : SDO同步

逐漸輸出延時

逐漸輸出延時的本質是逐漸開啟電流發生器,避免所有輸出通道同時開啟。換句話說,當PWM控制器開啟驅動器通道時,輸出通道可以同時或錯開啟動。通過設置配置寄存器,使用者可以在兩個輸出通道之間設定開啟延時(兩個相鄰通道之間延時10ns,第一通道與最後通道之間延時大約150ns),如圖四所示即是典型的輸出時序。這個功能可防止大量湧流衝擊驅動器,降低旁通電容數值,亦有助降低EMI干擾。



圖四 : 漸輸出延時
圖四 : 漸輸出延時

PWM計數器設置和亮度寄存器

透過控制12/16位元PWM灰度亮度,可調節每個通道的亮度。亮度資料通過SDI引腳裝入16位元移位暫存器,每個輸出通道都有一個移位暫存器。輸出PWM訊號是比較亮度寄存器內容和16位元或12位元數目器(配置寄存器選擇)而產生的。計數器時鐘源由PWCLK引腳提供,如圖五所示。透過使用獨立的PWM控制(局部變光)器,可以改變每個驅動輸出的LED亮度(相當於均流調節),而色溫保持不變,因為工作點與實際電流相關。



圖五 : PWM訊號生成
圖五 : PWM訊號生成

溫度標誌

該產品有一個溫度控制邏輯功能,當內部溫度高於g4150°C時,邏輯模組提供標誌狀態,如果溫度繼續升高,超過170°C,熱關斷功能將會啟動,關閉功率模擬端,以保護驅動器。不過,數位介面則會繼續運作,確保菊輪鍊和資料通訊正常執行。可透過SDO引腳讀取溫度控制狀態資訊。


LED1642GW評估板

STEVAL-ILL061V1(如圖六所示)是LED1642GW驅動器的應用演示板,是一個高亮度RGB LED陣列系統板,有局部調光和採用STM32微控制器和SPI介面的診斷功能。ST L7981 DC/DC轉換器為整個電路板提供電源。該演示板實現三個LED驅動器和一個LED色溫調節器,提供多個照明功能和圖形效果,例如,總體亮度變化,隨機顏色速度、顏色波浪、可設置動畫和錯誤檢測等。電腦GUI圖形化使用者介面軟體則可讓使用者能夠控制全部功能,設置圖案,如圖七和圖八所示。


創新成本比。



圖六 : STEVAL-ILL061V1評估板創新成本比。
圖六 : STEVAL-ILL061V1評估板創新成本比。

圖七 : LED1642GW PC GUI(高級模式)
圖七 : LED1642GW PC GUI(高級模式)

圖八 : LED1642GW PC GUI(圖案設置)
圖八 : LED1642GW PC GUI(圖案設置)

結論

LED1642GW是意法半導體的LED陣列驅動器,具LED智慧驅動功能、先進的LED故障檢錯和節能管理功能。全套評估套件(硬體電路板和軟體發展工具)讓用戶能夠輕鬆、快速開發增強型LED驅動解決方案。


(本文由意法半導體提供;作者為Fabio Occhipinti, Nicola Li Volsi)


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