如何利用MAX6972–MAX6975 LED驱动器设计复用LED电路

引言

MAX6972–MAX6975 是恒流LED 驱动器，用于高速彩色和视频显示电路板。MAX6972/MAX6973可直接驱动16 个LED，或者32 个复用LED，而MAX6974/MAX6975 可直接驱动24 个LED，或者48 个复用LED。复用工作的好处是加倍了每个驱动器驱动的LED 数量，因此，切实降低了成本。

然而，设计不好的LED 复用电路会产生假像。LED 处于关断状态（即，没有电流流过），当杂散电流流过LED 时会出现假像；这导致非常微弱的显示或者假像。这些假像电流一般来自和LED 共阳极长走线相关的离散电容，以及本身略有前向偏置的LED 导致的离散电容。通过仔细的复用电路设计，MAX6972–MAX6975 系列恒流LED 驱动器可以防止显示系统中出现这种假像。

典型复用电路

图1 所示为MAX6972–MAX6975 （也称为MAX6972 和MAX6974 *估板）典型的复用电路。

图1. 典型复用电路，/MUX0 驱动红色LED，/MUX1 驱动绿色LED

复用晶体管（Q1 和Q3）被MAX6972–MAX6975 交替接通，而恒流吸收驱动引脚（OUT0–OUTn） 交替控制两个状态之间的设置。在状态1，/MUX1 为低电平，Q1 接通，节点A 被上拉至VLED， 因此，将所有的绿色LED 阳极连接至LED 电源。同样的，在状态0，/MUX0 为低电平，Q3 接 通，将所有的红色LED 连接至VLED 电源。/MUX0 和/MUX1 输出通过开漏驱动电路，吸收流过 562Ω电阻的基极电流，接通pnp 晶体管。当/MUX0 和/MUX1 关断时，开漏输出实际是开路电 路，使基极发射极电阻（每个为182Ω）能够关断pnp 晶体管。在每一/MUX0 和/MUX1 状态之 间，Q1 和Q3 都关断16 个内部时钟周期（CLKI），如图2 中的tEMUX 所示。

图2. MAX6972–MAX6975 的复用时序

典型电路中的假像电流

当复用状态从/MUX0 变到/MUX1 时，杂散电流会导致出现假像，反之亦然。复用电路的LED 是不同颜色（发光波长）时，这种效应最为明显，因此，在某些电流情况下，电压降会有很大 的不同。

为简单起见，在后面的讨论中简化了图1 复用电路，只显示一个红色和一个绿色LED。在下 面的例子中，/MUX0 通过Q3 来驱动红色LED，/MUX1 通过Q1 来驱动绿色LED。

LED 的电压降是：

VRED = 2.0V

VGREEN = 3.1V

电源是：

V+ = 3.3V

VLED = 5.0V

状态0 可以很好的描述具有不同前向电压降复用LED 导致的杂散电流，其中/MUX0 被置位为低电平，红色LED 点亮（图3）。

图3. /MUX0 被置位低电平，红色LED 在状态0 中被点亮

Q3 接通后，红色LED （节点B）阳极被上拉至4.9V。电流流过工作端口（即，驱动LED 任意 PWM 周期的通道）的红色LED 和恒流驱动器（OUT0）。节点B （显示为集总参数CB）的杂散电容 被充电至4.9V。LED 阴极被强拉至以下电压，大约等于：

4.9V - VRED = 2.9V （式1）

状态0 结束时，OUT0 驱动器停止工作，/MUX0 变为高电平（无效），从LED 电源断开阳极电压。 由于没有放电通路，红色LED PN 结上的电压仍旧保持接近2.0V 前向电压降。同样的，由于 没有放电通路，杂散节点电容上的电压VCB 仍保持为4.9V。这一电压状态在16 个CLKI 周期 的中间状态阶段保持不变。

当状态1 开始时，/MUX0 被置位为低电平，Q1 接通，绿色LED 的阳极被连接至5V，所选LED 的OUT0 电流驱动器开始工作。最终稳定状态如图4 所示。

图4. 在状态1，通过Q1 和OUT0 点亮绿色LED

阴极电压低于绿色LED 电压降，大约等于：

4.9V - VGREEN = 1.8V （式2）

红色LED 阴极上的1.8V 电压表明阳极不能高于1.8V + VRED = 3.8V。在状态1 开始时，共阴 极电压（图中的OUT0 电压）必须从2.9V 变到1.8V。这一电压变化要求CB 从4.9V 放电至3.8V， 甚至更低。流过红色LED 的CB 放电电流导致显示微弱闪烁，如图5 所示。

图5. 从状态0 到状态1 的复用转换期间，杂散节点电容CB至红色LED 放电通路导致显示的 微弱闪烁。

在前面的状态中，无论红色LED 接通还是关断，一直会有CB 放电电流。在状态0，节点B 的 电压总是被充电至4.9V。由于共享共阴极连接时，VRED 小于VGREEN，节点B 将通过红色LED 放 电。取决于各种LED 上前向电压降的略微不同，CB 放电会导致一个或者多个红色LED 的微弱 闪烁，如图1 所示。

消除假像电流

为杂散节点电容提供一个放电通路以及有足够的时间进行放电，可消除假像电流。这可以通 过加入电阻R1 和R2 来实现，如图6 所示。在复用状态的空闲周期中，选择合适的电阻值来 实现足够的放电。

图6. 为杂散节点电容CB和CA加入电阻R1 和R2，提供放电通路。

调整电阻R1 和R2，在中间状态间隔对节点A 和B 进行放电，防止开始下一工作周期时的LED 前向偏置。在所示的例子中，开始状态1 之前，节点B 必须由4.9V 放电至低于3.8V。

由系统时钟频率控制中间状态时间，最大时钟频率为33MHz。采用这一最大频率，可以确定 R2 值。

中间状态时间（图2 中的tEMUX）来自系统时钟频率：

tCLKI = 1/33MHz = 30.3ns （式3）

以及

tEMUX = 16 × tCLKI = 485ns （式4）

每个LED 为150pF （来自走线、封装引线和LED PN 结少量偏置的组合电容），乘上每个节点的8 个LED，可估算出大概的杂散阳极电容：

CB = CA = 150pF × 8 = 1.2nF （式5）

将上面的数值代入到该方程中，可以估算出CB 所需要的放电电流：

IDIS_B = CB × ΔVCB/Δt （式6）

将上面的数值代入到该方程中，可以估算出CB 所需要的放电电流：

IDIS_B = 1.2nF × （4.9V - 3.8V）/485ns

IDIS_B = 2.7mA

在需要范围内以最低电压产生额定2.7mA 放电电流的电阻值为：

R2 = 3.8V/2.7mA （式7）

R2 = 1.4kΩ

可以对IDIS_A和CA 进行相同的计算。然而，由于LED 前向电压降作用不同，假像电流在状态 1 到状态0 转换时会有不同的影响。在图6 电路中，可以看出，状态1 至状态0 转换时，不 会出现假像电流。然而，R1 和R2 的值相同，/MUX0 和/MUX1 状态之间的红色和绿色LED 可 间插使用。

图7. 在中间状态空闲时间tEMUX，杂散电容CB通过R2 放电，不会影响通过LED 的校准恒流驱动。

电阻R1 和R2 为每一状态期间的晶体管Q1 和Q3 加入一个较小的电流负载：

IRn = 4.9V/1.4kΩ = 3.5mA （式8）

电流并没有流过恒流驱动器输出OUT0，也没有流过LED，因此，不会影响经过校准的LED电流。

结论

MAX6972–MAX6975 复用电路可确保中间状态驻留时间，用于杂散节点电容放电，从而消除 了复用显示系统的假像电流。每个MAX6972–MAX6975 器件以非常小的成本加入两个电阻， 保证了清晰的图像显示，不会产生假像。