1、针对标志及建筑物装饰照明等应用的智能 LED 控制及接口方案针对标志及建筑物装饰照明等应用的智能 LED 控制及接口方案随着 LED 在发光性能、成本等几乎各个方面的改进，LED 的应用范围越来越广，但在各应用领域渗透的比例高低不一。如可寻址标志和建筑物照明这样的商业应用领域中，LED 凭借在色彩、总体拥有成本、工作寿命、可靠性和便利性方面的优势，应用非常广泛。如在建筑物装饰照明应用中，使用 LED 可在建筑物外墙上营造出丰富的色彩，及更好地彰显建筑物的结构。在移动标志应用中，还可以实时更新交通显示屏、视频图像及广告牌上的信息。安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能硅方案供应商，针对
2、各种 LED 应用提供宽范围的 LED 驱动器方案，其中就包括用于可寻址标志和建筑物装饰照明两类常见应用的系列线性驱动器(详见下表)。这些驱动器能够精确地稳定 LED 电流，并包含可编程接口，利于软件控制。本文将以 CAT4008、CAT4103 和 CAT9552 为例，分别阐述其主要功能和基本工作原理，便于工程师的选型设计。表 1：安森美半导体应用于标志及建筑物装饰照明的系列智能 LED 控制 /驱动器。针对 LED 广告牌等应用的恒流汲入型 LED 驱动器诸如广告牌标志、滚动横幅、智能车辆标志和体育计分板等LED 应用需要采用多颗 LED，通常包含多串 LED，要求LED 驱动方案提供恒
3、定的光输出，不同通道间的电流匹配精度要高，要提供易用的接口来控制不同 LED 通道，并且要具备可靠的保护功能。安森美半导体针对这类应用的方案包括 CAT4008 和 CAT4106 等恒流 LED 汲入型驱动器，其中前者支持 8 通道，后者支持 16 通道。以 CAT4008 为例，典型 LED 通道匹配精度达1.5%，且LED 通道能够在输出电压低至 0.4V(当 LED 电流为 2100 mA 时)时保持稳流状态，在应用设计中可以此实现更高的电源效率。图 1 左侧显示的是 CAT4008 的框图，不同引脚的详细功能说明参见参考资料1。这器件使用 8 路紧密匹配的汲电流来对每个通道的 LED
4、 电流进行稳流，而外部电阻RSET 用于将 LED 通道电流设定为 RSET 电流的约 51 倍。由于每个通道包含独立电流感测电路，故 CAT4008 能够为所有通道都提供紧密的稳流。在大多数电流和电源电压条件下 LED 通道的最大压降为 0.4 V，帮助改善散热及提升 LED驱动器能效。上电时，欠压锁定电路清除所有闩锁及移位寄存器信息，并将所有输出设置为关闭。一旦达到欠压锁定阈值，就可以设定器件。驱动器将每个连续 LED 输出通道的激活时间各延迟 17 纳秒(典型值)，即 LED2 相对 LED1 延迟17 纳秒，LED3 相对 LED1 延迟 34 纳秒，并依次类推。延迟在闩锁(LATCH
5、)引脚激活时引入，从而将 LED 电源上的浪涌电流降至最低，从而能够使用更小的旁路电容。速度高达 25MHz 的高速、四线(4-Wire)串行接口通过移位寄存器和锁存架构控制 8 通道中的每一个 LED 通道。串行数据输出引脚允许多个器件通过同一个串行接口串联使用。CAT4008 还有输出关闭引脚，该引脚可被用来关闭所有LED 通道，而不必依赖串口发送数据。此外，CAT4008 还具备热保护功能，在芯片温度超过许可限度时关闭 LED 输出。图 1：安森美半导体 8 通道恒流 LED 汲入型驱动器CAT4008 框图及应用示例。高亮度、高视觉冲击力建筑物照明应用的 RGB LED 像素驱动器某些
6、旨在营造高视觉冲击力效果的建筑物装饰照明应用使用高亮度的 LED，要求 LED 驱动器能够驱动高亮度的 RGB LED，并且要具备高速接口，从而支持高数据率并确保维持高数据完整性，还需要具备超低的压降，从而提供更高的能效。安森美半导体适合这类应用的 LED 驱动器包括的带独立电流控制功能的三通道恒流 RGB LED 像素驱动器 CAT4103和 CAT4109。其中，CAT4103 为高端、多色彩、 “智能”LED 建筑物照明应用而设计，具有高速串行接口，能支持达25 MHz 的数据率，提供完全缓冲的数据输出，确保在分布式(长距离)、菊花链型照明系统中维持最高的数据完整性。而 CAT4109
7、使用并行接口，每条通道具有专门的脉宽调制(PWM)控制，非常适合更常规的 LED 视觉效果应用，如混色和建筑物重点照明。图 2：安森美半导体 CAT4103 框图、典型应用电路图及应用示例。CAT4103 和 CAT4109 都支持每通道达 175 mA 的宽广范围 LED 恒流驱动，电流为 60 mA 时压降电平至 0.3 V ，确保在驱动长串 LED 时提供最高性能。这些驱动器每通道支持 25 V 的电压电平，能够以超过 10 瓦(W)的高亮度功率电平支持 RGB 像素。 CAT4103 和 CAT4109 是安森美半导体恒流低压降驱动器(LDO?)产品线的两款产品，这产品线还包括 CAT
8、4101 和CAT4104 等，其中，CAT4101 提供高精度的 1 A 电流驱动能力，而 CAT4104 是一款四通道的恒流 LED 驱动器，适合通用及建筑物照明、汽车照明、LCD 背光等应用。I2C 指示器驱动器及端口扩展器市场上可以看到诸如由闪烁 LED 组成的广告销售标牌和具备开/关 LED 指示器的各种消费或工业用设备，这些应用需要能够控制各个 LED 单独导通/关闭或以某种频率来闪烁的驱动方案，安森美半导体的 16 通道 I2C LED 指示器及端口扩展器 CAT9532 和 CAT9552 就是适合这类应用的两款产品。CAT9532 和 CAT9552 提供 16 位并行输入/
9、输出(I/O)端口扩展器，优化用于 LED 调光控制，输出能够直接驱动并联的 16 颗 LED(每通道电流 25 mA)，每个 LED 都可以单独导通、关闭，或以两种可编程速率中的一种来闪烁。两款器件的 I/O 均可用作通用 I/O(GPIO)，未被用于控制 LED 的端口能够当成普通端口来使用(参见图 3)。图 3：CAT9552 典型应用电路图。这两款器件适合于需要限制总线流量或清空总线主控定时器的 I2C 和 SMBus 应用。两款器件都包含内部振荡器和驱动 LED 输出的两个脉宽调制(PWM) 信号，用户可以设定每个独立 PWM 信号的周期和占空比。CAT9532 的可选可编程闪烁频率
10、范围为 0.593 Hz 至 152 Hz，CAT9552 为 0.172 Hz至 44 Hz，两款器件的占空比为 0%至 99.6%，适合的具体应用包括背光、RGB 混色、传感器控制、电源开关/按钮、报警系统、办公设备、家电控制面板和销售点(POS)显示屏等。总结：本文分析了常见的 LED 控制应用及其对驱动 /控制方案的基本要求，介绍了安森美半导体用于这些应用的主要产品及其特点。而安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能硅方案供应商，提供涵盖 1 至数百瓦功率范围的 LED照明驱动及 PFC 解决方案，适合包括本文所述 LED 控制应用在内的宽广应用范围，而无论 LED 照明应用采用的是 AC-DC 电源、DC-DC 电源或是电池供电，并满足客户对低成本、高性价比、高能效的要求。供稿：安森美半导体参考资料：1、 CAT4008 数据手册，安森美半导体， 数据手册，安森美半导体 数据手册，安森美半导体 LED 照明方案选型手册，
