通过集成的8开关无闪烁驱动器控制矩阵大灯中的单个LED

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。

审核编辑：郭婷