為LED驅動電路提供額外的PWM亮度控制

引言

典型應用中，通過串口向LED驅動器發送指令改變相應LED的寄存器值進行亮度調節。用于亮度控制的數據通常為4位至8位，對應于16至256個亮度等級;有些Maxim的LED驅動器的亮度控制則通過調整漏極開路LED端口的恒定吸入電流大小來實現。

該應用筆記討論如何在LED恒流驅動器上加入PWM亮度調節，通過控制LED電源的通、斷調節亮度。也可以通過刷新數據位仿真外部PWM亮度控制。內置PWM的LED驅動器也可以通過外部PWM實現亮度調節，只要PWM信號的外部時鐘可以同步。

PWM仿真

按照一定周期向LED驅動器發送開/關控制信號，可以仿真PWM亮度調節的效果。因為LED數據接口的傳輸速率遠遠高于PWM信號的頻率，可以使用微控制器或FPGA (現場可編程門陣列)很容易地仿真PWM調光方式。PWM開關頻率、數據傳輸的時鐘頻率和PWM亮度等級之間的關系如式1所示：

其中，fCLOCK為數據接口的時鐘頻率，fPWM為PWM頻率，nPORT為控制端口數，nLEVEL為亮度等級。

在該項技術中，PWM仿真數據由控制器連續發送到LED的每個端口，每個端口1位。所有端口更新一次即為PWM的一個臺階。從索引值1開始重復仿真PWM臺階，直至索引值等于設定的亮度等級，形成一個PWM周期。例如，如果亮度等級為256，每個端口刷新數據256次構成一個PWM周期。如果對應端口的亮度等級高于PWM仿真臺階的索引值，數據為1;否則數據為零。只要LED保持點亮狀態，則始終重復PWM仿真周期。

該PWM仿真控制可以由下列C程序實現：

PWM仿真技術適用于MAX6968和MAX6969。MAX6968為8端口LED恒流驅動器，數據接口傳輸速率可達25Mbps;MAX6969是MAX6968的16端口版本。利用這一方法可以實現16位或65，536級亮度控制，MAX6968的PWM頻率可以設置在47Hz，MAX6969的PWM頻率可以設置在24Hz。如果只要求12位的亮度控制分辨率，對應的PWM頻率可以分別設置在752Hz和376Hz。PWM仿真技術無需對電路進行任何修改即可實現每個驅動口的亮度控制。

LED電源的開關控制

通過對LED電源進行開、關控制也可以實現LED的PWM亮度調節。圖1所示電路利用PWM控制電源為LED提供額外的亮度調節。微處理器向LED驅動器發送I²C命令產生PWM信號，PWM波形可以由軟件控制。這種方式適用于具有恒流LED端口，但沒有內部亮度調節功能的MAX6969，以及帶有可調節恒流LED端口的MAX6956。該方案通過一個晶體管控制PWM信號的占空比，達到亮度調節的目的。LED亮度可由微處理器通過LED驅動器間接地控制，也可以由晶體管直接控制。以MAX6956為例，恒流驅動與PWM占空比調節相結合，無需任何其它電路介入。

圖1. 采用PWM控制LED電源實現亮度調節

圖2所示電路采用MOSFET晶體管作為開關器件，有助于提高效率。

圖2. 功率MOSFET作為開關器件

利用下式計算外部晶體管的功耗：

其中，tRISE為晶體管的上升時間，tFALL為晶體管的下降時間，T為PWM周期，tON/T為PWM亮度等級，I為LED總電流，RON為晶體管的導通電阻。