驱动具有恒流端口扩展器输出的LED

本应用笔记讨论了利用MAX6956和MAX6957 I²C和SPI恒流静态LED驱动器驱动LED的技术。这些技术可应用于具有恒流（内部限流）漏极开路灌电流输出的其他I/O扩展器。

基础知识

MAX6956和MAX6957的标准LED连接如图1所示。负载通常为单个 LED，但也可以是串联的双 LED（如图所示），具体取决于 LED 的选择和电源电压。最小电源电压 V+（MIN） 驱动LED所需的公式可以使用以下公式计算：

V+（MIN） = （VPORT + VLED） volts

其中VPORT是吸收所需负载电流（MAX0和MAX6

为24.6956V，6957mA时）V时输出端口两端的压降发光二极管是所需负载电流下 LED 两端的压降（红色 LED 通常在 1.8V 至 2.4V 范围内，蓝色、白色和高效绿色 LED 通常在 3V 至 4.2V 范围内）。

图1.标准 LED 连接。

图1显示了返回驱动器电源电压的LED输出负载。这通常是最方便的负载供应。但是，如果需要，可以将负载连接到较低的电压。使用较低电压的LED电源的一个很好的理由是通过更好地匹配LED正向电压和电源来提高效率并降低驱动器耗散。图2所示示例展示了一个RGB三元组驱动，使用驱动器5V电源作为高正向电压蓝色和绿色LED的电源，以及3.3V电源作为低正向电压红色LED的电源。

图2.将 LED 连接到多个电源。

负载不得连接至高于MAX6956或MAX6957芯片电源V+的电压，因为这些输出端口没有过压保护。当驱动器和负载使用不同的电源时，请注意上电时序，以避免输出被拉高到高于芯片电源。如果2.3V电源在3V电源之前上电，则图5电路中会出现这种情况。

并联驱动 LED

可以并联驱动多个 LED，以共享来自单个输出的电流（图 3）。“镇流器”电阻R1和R2在LED的正向电压不匹配时有助于LED之间的电流平衡。在许多情况下，相同类型和制造商的现代LED匹配得足够好，可以省略电阻，强度不匹配可以忽略不计。

图3.从一个输出驱动多个 LED。

想要更大的 LED 电流？使用更多端口

MAX6956和MAX6957的输出端口可吸收高达24mA的电流。如果需要更大的负载电流，可以以线或方式并联多个端口以驱动单个负载（图 4）。由于每个输出都是恒流吸收，因此并联输出不需要同时打开，因为每个输出在启用时只会吸收其编程的恒定电流。并联输出还提高了 LED 强度控制的分辨率。MAX6956和MAX6957提供电流控制，每路输出16级。导线或两个输出使电流分辨率加倍至32步（超过电流范围的两倍），三个输出导线ORed提供48步（超过电流范围的三倍），依此类推。请注意，无论并联的输出数量如何，每步的电流量都保持不变。

图4.并联输出以增加驱动电流。

甚至更高的 LED 驱动电压？添加晶体管

如前所述，输出负载不能连接到高于MAX6956或MAX6957电源的电压。如果MAX6956或MAX6957工作在低电压不足以驱动LED，例如2.5V，则会引起问题。此外，5.5V 最大电源电压限制串联 LED 连接到 2 个红色 LED（图 1），并且仅连接一个蓝色或白色 LED。

图5所示电路使用单个晶体管电平转换器，允许使用更高的电压来驱动LED，同时保持LED驱动器输出的恒流行为。Q1 用作共基极（级联）电流开关。端口输出 VPORT 被限制在 （V+ - VBE），因为Q1的基极与驱动器电源电压V+相连。端口的恒流Iport将流过Q1的集电极和LED负载，减去Q1占用的小基极电流。通过为Q1选择合理的高增益（ß》1）晶体管，可以将Q100基极电流引起的电流误差保持在1%以下。

图5.从更高的电压驱动 LED。

晶体管Q1的集电极可以达到的最低电压是（V+ - VBE + VCE）伏特，或大约（V+ - 0.5V）。因此，LED 的最大驱动电压为 （VEXT - V+ + 0.5V） 伏特。MAX6956或MAX6957在该输出端的功耗（Vport x Iport）=（（V+ - VBE）x Iport）瓦特，与LED电源电压Vext无关。调整管Q1将吸收LED两端未下降的多余LED电源电压，因此将耗散（（VEXT - VLEDS - V+ + VBE）x IPORT）瓦特。

如需更大的驱动电流和更高的电压，请结合图4和图5所示的电路。如图2所示，需要并联多个端口（图4中显示5个并联）连接到单个调整管的发射极。只需要一个外部调整管，额定电流相当于所有并联端口的总电流。

图5所示电路的一个限制是Q1的集电极不能低于（V+ - VBE + VCE（sat）），仅略低于V+。如果V+为高电平，例如5V，则MAX6956或MAX6957不仅会因为输出端的高压降而耗散高功率，而且LED的电压裕量也会减小。一个简单的解决方案是使用串联齐纳二极管将Q1的基极偏置到较低的电压。只需一个齐纳二极管即可为多个调整管提供服务，如图6中的示例电路所示。利用该电路，MAX6956或MAX6957在电源电压为4.5V至5.5V时压降约1.5V至2.5V。

图6.使用齐纳二极管以最小化驱动器裕量。