高效LED驅(qū)動器LTC3219及其應(yīng)用

0 引言

LTC3219是一款無電感器型、低噪聲、高效率LED驅(qū)動器，它可為主、副和RGB顯示屏/顯示器件提供9個獨立的可配置電流源，并能進行64級的亮度調(diào)節(jié)控制。這些通用電流源都能以數(shù)字方式來控制，可進行獨立的調(diào)光、亮度、閃爍和灰度控制，并可通過簡單的兩線I2C串行接口對其進行編程。

LTC3219有1X，1.5X和2.0X多種低噪聲電荷泵操作模式，以低噪聲恒定頻率工作，可以自動基于LED電流源上的電壓優(yōu)化效率。LTC3219內(nèi)部還具有短路和過熱保護電路，其軟啟動電路可防止在啟動和模式切換時出現(xiàn)浪涌電流和過大的輸入噪聲。該器件主要用于蜂窩電話的顯示、照明設(shè)備以及帶QVGA顯示的可視電話等。

1 引腳功能

LTC3219采用3 mm×3 mmx0.75 mm的扁平QFN-20封裝，其引腳排列如圖1所示。它的各引腳功能如下：

CPO：LED電源充電泵輸出端。該引腳需與地接一個2.2μF的陶瓷電容;

ULEDl～ULED9：LED驅(qū)動電流源輸出端。電流范圍為0～28 mA.其電流的大小可由軟件和內(nèi)部6位線性DAC分64級來調(diào)節(jié)控制。將各LED段所對應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器(REGl～REG9)置0就能激活各輸出端。另外，它們也可作為I2C的開漏輸出。不用時可接地;

DVcc：數(shù)據(jù)I/O電源端。該引腳可用于設(shè)置LTC3219的邏輯參考電平。該引腳電壓低于欠壓鎖定閥值時，就會重啟數(shù)據(jù)寄存器，通?？稍谄骷与姾笫褂眠@種重啟方式。該腳需連一個0.1μF的陶瓷電容;

SCL：I2C時鐘輸入端。該引腳的邏輯電平需參考DVcc;

SDA：串口數(shù)據(jù)輸入端?？赏ㄟ^在每個時鐘周期移動一位串行數(shù)據(jù)的方式來實現(xiàn)對器件的控制。其邏輯電平可參考DVcc;

ENU：使能輸入端。用于預(yù)選ULED輸出端的接通或斷開。當該腳從低(斷開)切換到高(接通)時，所選LED發(fā)光。若 ENU所控制的輸出端有效，且其它輸出端也有效時，LTC3219會在ENU的下降沿復(fù)位到1X的充電泵模式;而當ENU所控制的輸出端有效，而其它輸出端無效時，LTC3219的充電泵模式被關(guān)斷。ENU的邏輯電平可參考DVcc。不用時可接地;

GND：系統(tǒng)地。使用時需將該腳和焊接盤(21腳)連到接地板上;

ClP，C2P，ClM，C2M：充電泵快速電容引腳。在C1P與C2P，ClM與C2M之間應(yīng)分別接一個1μF的陶瓷電容。

VBAT：設(shè)備電源端。使用時應(yīng)接一個2.2μF的低ESR陶瓷電容。

2 工作原理

LTC3219是一款具有高集成度的多路顯示LED驅(qū)動器。它用一個高效、低噪聲的充電泵為9個通用LED驅(qū)動器供電，并可由內(nèi)部的一個精準的電流基準源來設(shè)置其最大顯示電流。每個電流源均可進行獨立的漸變、開/關(guān)、閃爍和灰度級調(diào)節(jié)，并可通過I2C串行接口實現(xiàn)。其 LED電流源有6位線性DAC，可為其進行亮度調(diào)節(jié)控制。

LTC3219可根據(jù)LED電流源上的電壓并通過自動或手動方式的切換來改變升壓倍率，以優(yōu)化其效率。啟動時，升壓倍率為1X模式，當有效電流源趨近關(guān)斷(Dropout)狀態(tài)時，LTC3219會先自動切換為1.5倍升壓模式，而當再次出現(xiàn)關(guān)斷時，它將切換為2倍升壓模式。當從I2C接收到新數(shù)據(jù)時，LTC3219又會自動復(fù)位到1X模式。圖2所示是LTC3219的結(jié)構(gòu)功能框圖。

2.1 軟啟動

LTC3219的軟啟動主要是在1.5X和2X模式轉(zhuǎn)換初期起作用。初始化時，軟啟動電路處于關(guān)斷狀態(tài)。加電時，VBAT通過位于VBAT和CPO之間的一個弱電流開關(guān)向CPO的輸出電容器緩慢充電(CPO引腳上的電流是以125μs的周期線性增大的)，以防止出現(xiàn)大的充電電流。當器件轉(zhuǎn)換到加強模式時，充電泵的這種軟啟動特性也會進一步限制浪涌電流和電源偏差。

2.2 模式轉(zhuǎn)換

當LTC3219的有效電流源電壓下降至電源編程電壓以下時，LED端會出現(xiàn)電壓關(guān)斷(dropout)，此時充電泵會從1X模式自動切換到1.5X模式。從出現(xiàn)電壓關(guān)斷到自動切換模式的時間約400μs，LED會在這段時間預(yù)熱，并最終達到所需的前向電壓。

通過給CPO寫入不同的字可手動切換到1X、1.5X或2.0X模式，這往往應(yīng)用在CPO端自動模式無效的電源負載中。另外，非編程電流源不會影響關(guān)斷。在電流源控制的ENU為低時，也不會影響關(guān)斷。

2.3 外部使能控制(ENU)

通過ENU引腳可以進行編程，即通過對REGl～REG9的相應(yīng)數(shù)據(jù)位或REGl0、REGll的相應(yīng)控制位的設(shè)置，可以對全部所選顯示器進行獨立調(diào)節(jié)。當不需重復(fù)訪問I2C端口時，ENU可用于LTC3219的通和斷，因此，在沒有微控制器控制的情況下，它會提示有電話進來。

只有先將I2C接口置為所需LED的輸出才能使用ENU引腳。當ENU為高時，可接通所選顯示器，同時設(shè)置REGl0和REGll;ENU為低時，則關(guān)閉所選顯示器。若沒有編程接通任一個顯示器，LTC3219器件將處于關(guān)斷狀態(tài)。

ENU引腳也可用于灰度的預(yù)編程控制。在這類應(yīng)用中，可以根據(jù)相應(yīng)的灰度要求對寄存器進行編程，編程時可忽略UP位。當 ENU為低時，允許對寄存器編程;ENU為高時，則接通寄存器，且所選的LED的輸出升高。另外，在ENU為低時，所選LED輸出電流也降為0，輸出關(guān)斷。設(shè)計時如需用到關(guān)斷狀態(tài)，充電泵則不必置于手動模式。應(yīng)用ENU引腳，且其它ULED輸出有效，ENU會在其下降沿使器件進入1X充電泵模式。而在不用ENU引腳時，將其接地即可。

2.4 I2C串行總線接口

LTC3219可通過標準的兩線I2C接口與主機進行通信，其總線上的各信號時序關(guān)系如圖3所示。與I2C串聯(lián)接口相連的微控制器可以提供所有的命令和控制輸入信號。它共有12個數(shù)據(jù)寄存器、一個地址寄存器和一個次地址寄存器。SDA輸入端的數(shù)據(jù)可在SCL的上升沿裝入，D7在先，DO在后，而且應(yīng)先寫數(shù)據(jù)寄存器，再寫次地址寄存器。當所有地址位寫入到地址寄存器后，LTC3219會向主機發(fā)出確認信號。每個數(shù)據(jù)寄存器都有次地址。數(shù)據(jù)寫入后，緊跟在停止位后會生成一個負載脈沖，這個負載脈沖可把數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到DAC寄存器中，同時停止位會一直延遲到數(shù)據(jù)全部寫入。但此時的LED電流會有所改變。表1為次地址寄存器的地址位及功能。串行接口采用的是靜態(tài)邏輯寄存器?？偩€不用時，可將SDA和SCL置高。另外，設(shè)計時還需外接上拉電阻或電流源。[!--empirenews.page--]

3 應(yīng)用電路

LTC3219僅需要5個小型陶瓷電容就能實現(xiàn)一個纖巧、完整的LED電源穩(wěn)壓器和電流控制器解決方案。

4 結(jié)束語

LTC3219是一款無感、低噪聲、高效率的LED驅(qū)動器。該器件具有可選的多種充電泵模式，并可進行自動或手動模式切換，因此，可進一步優(yōu)化效率，從而方便地用于可視電話和照明設(shè)施等方面。