高效LED驅動器LTC3219及其應用

摘要：高集成度9通道LED驅動器LTC3219具有高效、低噪聲、可進行數字編程等特點。文 中介紹了LTC3219的工作原理及主要功能，同時給出了LTC3219的一個典型應用電路。

0 引言

LTC3219是一款無電感器型、低噪聲、高效率LED驅動器，它可為主、副和RGB顯示屏／顯示器件提供9個獨立的可配置電流源，并能進行64級的亮度調節控制。這些通用電流源都能以數字方式來控制，可進行獨立的調光、亮度、閃爍和灰度控制，并可通過簡單的兩線I2C串行接口對其進行編程。

LTC3219有1X，1．5X和2．0X多種低噪聲電荷泵操作模式，以低噪聲恒定頻率工作，可以自動基于LED電流源上的電壓優化效率。LTC3219內部還具有短路和過熱保護電路，其軟啟動電路可防止在啟動和模式切換時出現浪涌電流和過大的輸入噪聲。該器件主要用于蜂窩電話的顯示、照明設備以及帶QVGA顯示的可視電話等。

1 引腳功能

LTC3219采用3 mm×3 mmx0．75 mm的扁平QFN-20封裝，其引腳排列如圖1所示。它的各引腳功能如下：

CPO：LED電源充電泵輸出端。該引腳需與地接一個2．2μF的陶瓷電容；

ULEDl～ULED9：LED驅動電流源輸出端。電流范圍為0～28 mA．其電流的大小可由軟件和內部6位線性DAC分64級來調節控制。將各LED段所對應的數據寄存器(REGl～REG9)置0就能激活各輸出端。另外，它們也可作為I2C的開漏輸出。不用時可接地；

DVcc：數據I／O電源端。該引腳可用于設置LTC3219的邏輯參考電平。該引腳電壓低于欠壓鎖定閥值時，就會重啟數據寄存器，通常可在器件加電后使用這種重啟方式。該腳需連一個0．1μF的陶瓷電容；

SCL：I2C時鐘輸入端。該引腳的邏輯電平需參考DVcc；

SDA：串口數據輸入端。可通過在每個時鐘周期移動一位串行數據的方式來實現對器件的控制。其邏輯電平可參考DVcc；

ENU：使能輸入端。用于預選ULED輸出端的接通或斷開。當該腳從低(斷開)切換到高(接通)時，所選LED發光。若ENU所控制的輸出端有效，且其它輸出端也有效時，LTC3219會在ENU的下降沿復位到1X的充電泵模式；而當ENU所控制的輸出端有效，而其它輸出端無效時，LTC3219的充電泵模式被關斷。ENU的邏輯電平可參考DVcc。不用時可接地；

GND：系統地。使用時需將該腳和焊接盤(21腳)連到接地板上；

ClP，C2P，ClM，C2M：充電泵快速電容引腳。在C1P與C2P，ClM與C2M之間應分別接一個1μF的陶瓷電容。

VBAT：設備電源端。使用時應接一個2．2μF的低ESR陶瓷電容。

2 工作原理

LTC3219是一款具有高集成度的多路顯示LED驅動器。它用一個高效、低噪聲的充電泵為9個通用LED驅動器供電，并可由內部的一個精準的電流基準源來設置其最大顯示電流。每個電流源均可進行獨立的漸變、開／關、閃爍和灰度級調節，并可通過I2C串行接口實現。其LED電流源有6位線性DAC，可為其進行亮度調節控制。

LTC3219可根據LED電流源上的電壓并通過自動或手動方式的切換來改變升壓倍率，以優化其效率。啟動時，升壓倍率為1X模式，當有效電流源趨近關斷(Dropout)狀態時，LTC3219會先自動切換為1．5倍升壓模式，而當再次出現關斷時，它將切換為2倍升壓模式。當從I2C接收到新數據時，LTC3219又會自動復位到1X模式。圖2所示是LTC3219的結構功能框圖。

2．1 軟啟動

LTC3219的軟啟動主要是在1．5X和2X模式轉換初期起作用。初始化時，軟啟動電路處于關斷狀態。加電時，VBAT通過位于VBAT和CPO之間的一個弱電流開關向CPO的輸出電容器緩慢充電(CPO引腳上的電流是以125μs的周期線性增大的)，以防止出現大的充電電流。當器件轉換到加強模式時，充電泵的這種軟啟動特性也會進一步限制浪涌電流和電源偏差。

2．2 模式轉換

當LTC3219的有效電流源電壓下降至電源編程電壓以下時，LED端會出現電壓關斷(dropout)，此時充電泵會從1X模式自動切換到1．5X模式。從出現電壓關斷到自動切換模式的時間約400μs，LED會在這段時間預熱，并最終達到所需的前向電壓。

通過給CPO寫入不同的字可手動切換到1X、1．5X或2．0X模式，這往往應用在CPO端自動模式無效的電源負載中。另外，非編程電流源不會影響關斷。在電流源控制的ENU為低時，也不會影響關斷。

2．3 外部使能控制(ENU)

通過ENU引腳可以進行編程，即通過對REGl～REG9的相應數據位或REGl0、REGll的相應控制位的設置，可以對全部所選顯示器進行獨立調節。當不需重復訪問I2C端口時，ENU可用于LTC3219的通和斷，因此，在沒有微控制器控制的情況下，它會提示有電話進來。

只有先將I2C接口置為所需LED的輸出才能使用ENU引腳。當ENU為高時，可接通所選顯示器，同時設置REGl0和REGll；ENU為低時，則關閉所選顯示器。若沒有編程接通任一個顯示器，LTC3219器件將處于關斷狀態。

ENU引腳也可用于灰度的預編程控制。在這類應用中，可以根據相應的灰度要求對寄存器進行編程，編程時可忽略UP位。當ENU為低時，允許對寄存器編程；ENU為高時，則接通寄存器，且所選的LED的輸出升高。另外，在ENU為低時，所選LED輸出電流也降為0，輸出關斷。設計時如需用到關斷狀態，充電泵則不必置于手動模式。應用ENU引腳，且其它ULED輸出有效，ENU會在其下降沿使器件進入1X充電泵模式。而在不用ENU引腳時，將其接地即可。

2．4 I2C串行總線接口

LTC3219可通過標準的兩線I2C接口與主機進行通信，其總線上的各信號時序關系如圖3所示。與I2C串聯接口相連的微控制器可以提供所有的命令和控制輸入信號。它共有12個數據寄存器、一個地址寄存器和一個次地址寄存器。SDA輸入端的數據可在SCL的上升沿裝入，D7在先，DO在后，而且應先寫數據寄存器，再寫次地址寄存器。當所有地址位寫入到地址寄存器后，LTC3219會向主機發出確認信號。每個數據寄存器都有次地址。數據寫入后，緊跟在停止位后會生成一個負載脈沖，這個負載脈沖可把數據寄存器中的數據轉換到DAC寄存器中，同時停止位會一直延遲到數據全部寫入。但此時的LED電流會有所改變。表1為次地址寄存器的地址位及功能。串行接口采用的是靜態邏輯寄存器。總線不用時，可將SDA和SCL置高。另外，設計時還需外接上拉電阻或電流源。

3 應用電路

LTC3219僅需要5個小型陶瓷電容就能實現一個纖巧、完整的LED電源穩壓器和電流控制器解決方案。圖4所示是LTC3219的一種典型應用電路圖。圖4中所給出外部元件的相應參數，可在具體設計時用作參考。

4 結束語

LTC3219是一款無感、低噪聲、高效率的LED驅動器。該器件具有可選的多種充電泵模式，并可進行自動或手動模式切換，因此，可進一步優化效率，從而方便地用于可視電話和照明設施等方面。