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大電流情況下驅(qū)動時分復(fù)用LED陣列的新方法

2013-12-25 13:14:32 來源：http://ic.big-bit.com/ 作者： Joel Gehlin 點擊：2245

然而，當(dāng)LED需要大電流時，因為刷新率的原因使得該設(shè)計比較難付諸實踐。當(dāng)兩個或兩個以上的LED同時點亮?xí)r，LED驅(qū)動需要使得電流在LED矩陣中得到均勻分流。這樣的結(jié)果是，設(shè)計人員們發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)$LED驅(qū)動器芯片時，大電流輸出(產(chǎn)生高亮度)與高效能、低成本、小尺寸很難同時兼得。(“刷新率”的釋義見下文)

有趣的是，傳統(tǒng)的$LED驅(qū)動芯片能驅(qū)動大量矩陣排列的LED。但仔細(xì)閱讀規(guī)格書我們就會發(fā)現(xiàn)：矩陣排列中電流阱/電流源的恒定電流基本保持在10-40mA;只有少數(shù)幾個電流阱/電流源的恒定電流能達(dá)到150mA。

實際上，對許多大型顯示應(yīng)用來說，150mA的電流就足夠了。但時分復(fù)用架構(gòu)中的刷新率意味著LED的有效峰值電流一般都是芯片標(biāo)稱峰值電流的一半或三分之一。

本文通過并不為大家所熟知的電視背光LED驅(qū)動芯片描述了該問題的解決方案?？焖僭鲩L的LED電視市場孕育出了新一代復(fù)雜、高效的大電流驅(qū)動芯片。本文將深入研究時分復(fù)用方法的具體操作，并展示背光驅(qū)動芯片能在多大程度上滿足大型照明系統(tǒng)和標(biāo)識系統(tǒng)的要求。

時分復(fù)用矩陣的基本操作

時分復(fù)用是驅(qū)動$LED矩陣的一種技術(shù)，使用該技術(shù)時，無需每顆LED都搭配一個電流源。圖1展示了時分復(fù)用方法的運作。為了控制LED D1，Source.1需要一個高于LED最大正向電壓(VF)的電壓;同時，Sink.1必須和一個電阻或其他類型的電流阱相連接，為LED帶來電流。LED D5同樣通過Source.2和Sink.2得到控制。

圖1：LED時分復(fù)用方法的操作

目前為止都很簡單。但是，如果D1和D5需要同時被點亮該怎么辦?如果Sink.1/Sink.2與Source.1/Source.2同時打開，那么D2和D4也會被點亮。為了解決這個問題，我們必須引入時分復(fù)用的概念。驅(qū)動器不會持續(xù)打開Source.1、Source.2、Sink.1和Sink.2，而是復(fù)用Source.1/Sink.1和Source.2/Sink.2。

當(dāng)LED D1和D5的閃爍頻率等于或高于50Hz時，人眼看到的將是持續(xù)的燈光。這種時分復(fù)用技術(shù)使用超過50Hz的刷新率，因此D1和D5能在D2和D4不亮的情況下被點亮。

當(dāng)然，該方法也有一個缺點：時分復(fù)用及刷新率減少了通過LED的電流總量。換句話說，給定的矩陣刷新率在作用給定的LED矩陣時，在LED上只有一半有效工作周期：在電流阱設(shè)定電流為100mA時，通過每一個LED的有效恒定電流為50mA。

似乎有一個明顯的方法可以解決這個問題：將Sink.1和Sink.2的電流量增加一倍至200mA，使通過$LED的恒定電流達(dá)到100mA。不幸的是，200mA的輸出電流已經(jīng)超過當(dāng)今市場上傳統(tǒng)LED驅(qū)動芯片的驅(qū)動能力。

時分復(fù)用控制方案

刷新率描述的是電流流過矩陣中每個被點亮的LED時每秒重置的次數(shù)。圖2是矩陣控制方案的一個例子。在圖中，D1、D5和D9被點亮?xí)r，通過每個LED的電流為100mA。

圖2：時分復(fù)用控制方案

如果復(fù)用控制方案循環(huán)的速度足夠快，每秒循環(huán)達(dá)到200到1,000次(取決于同時需要被點亮的LED數(shù)量)，那么LED在人眼中看到的便是持續(xù)點亮的狀態(tài)。在圖2中，整個矩陣的刷新率為200Hz，這意味著每個LED刷新率約為67Hz，相當(dāng)于每個LED有33%的工作周期。也就是說，每個電流阱至少需要產(chǎn)生300mA的電流才能為每個LED提供相當(dāng)于100mA的恒定電流。

時分復(fù)用也產(chǎn)生了動畫。動畫可以由一系列預(yù)定義的位圖圖像在軟件代碼中制作出來，這些位圖圖像通常是一些多字節(jié)數(shù)組，其中的每一個比特對應(yīng)LED矩陣中的某個LED。為了制成圖片，控制器必須逐字節(jié)掃描一個陣列，依次展示每一列。

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