紅、綠、藍（RGB）LED可用于建筑和舞臺照明系統，用以形成明亮的投影色彩――有時(shí)會(huì )在RGB組合中添加白色LED，從色調、飽和度和亮度方面擴展色彩范圍（圖1）。無(wú)論色彩分量有多少，都必須精確控制每個(gè)色彩分量的亮度，以便對色彩進(jìn)行預測或是補償LED之間的色差?？捎蒙实臄盗咳Q于每個(gè)組成色的可分辨亮度級的數量。一些系統提供分辨率低至全亮度1／256（8位）。也可能實(shí)現更高的分辨率，并產(chǎn)生更多的色彩（圖2），形成更強的控制力。

  圖1．Cree XM－L RGBW高功率LED可由兩個(gè)LT3964 LED驅動(dòng)器驅動(dòng)，每通道調光精度可達1：8192。

  控制寬LED亮度范圍最精確的方法是使用PWM調光控制。內置PWM調光時(shí)鐘和數字寄存器（用于設置調光比）的LED驅動(dòng)器是RGBW系統的最佳選擇。對于大型復雜系統――由許多不同RGBW LED構成的系統――使用串行通信總線(xiàn)可在數字增強型LED驅動(dòng)器中實(shí)現這些寄存器的動(dòng)態(tài)設置。

  圖3所示為RGBW LED的兩種驅動(dòng)和調光方法。第一種是矩陣LED調光器方案，它曾經(jīng)是高功率RGBW LED陣列的最佳數控方式。第二種是直接驅動(dòng)方案，它采用四個(gè)分立的數字增強型LED驅動(dòng)器，每種色彩（R、G、B和W）各一個(gè)，更精確、更高效、紋波更低。在這種系統中，每個(gè)單獨的LED或LED串的電流或PWM調光波形均由其自己的LED驅動(dòng)器和控制信號驅動(dòng)，如圖2所示。在矩陣調光器方案中，單個(gè)LED調光器可控制多達8個(gè)LED的PWM電流。該系統額外需要一條高壓線(xiàn)和一個(gè)低輸出電容降壓LED驅動(dòng)器，用于驅動(dòng)LED串。高壓軌可能需要一個(gè)額外的升壓調節器，LED電流（來(lái)自低輸出電容降壓驅動(dòng)器）可能有高紋波。

  圖2．I2C控制的LT3964 RGBW LED驅動(dòng)器可為舞臺或建筑照明裝置中使用的高功率LED提供色彩控制能力。驅動(dòng)器解決方案通常提供8位色彩分辨率?；贚T3964的解決方案可實(shí)現13位色彩分辨率――使用本文中介紹的比較簡(jiǎn)單的降壓驅動(dòng)設置可以輕松實(shí)現。

  圖3．大型RGBW LED陣列的兩種供電和色彩控制（分量調光）方法：（a）使用LT3965的矩陣調光器與（b）LT3964直驅解決方案。LT3964非矩陣解決方案具有更出色的色彩控制能力，卓越的效率和更低的紋波。

  采用大量RGBW LED的照明系統需要大量的驅動(dòng)器，并且控制信號要與這些驅動(dòng)器同步。性能最好的方法是用高性能LED驅動(dòng)器直接控制每個(gè)LED。在這種方法下，既能控制每個(gè)LED的PWM調光及直流電流和電壓，還能將紋波降至最低水平，并大幅提高可預測能力。使用通過(guò)串行總線(xiàn)控制的雙降壓LED驅動(dòng)器LT3964，可以輕松實(shí)現這類(lèi)系統。

  具有I2C調光控制能力的雙降壓LED驅動(dòng)器

  具有I2C控制和報告功能的LT3964雙降壓LED驅動(dòng)器是一款理想的解決方案，可以通過(guò)串行通信技術(shù)驅動(dòng)具有高電流和高帶寬的多個(gè)LED或LED串。降壓調節器具有固有的高帶寬，LT3964在單個(gè)封裝中有集成了兩個(gè)36 V、2 MHz同步和高頻降壓LED驅動(dòng)器，還集成了2 A開(kāi)關(guān)，可以相對輕松地驅動(dòng)多通道大電流LED。

  I2C串行通信功能簡(jiǎn)化了每個(gè)LT3964支持的兩個(gè)獨立高電流LED通道的模擬和PWM調光功能，在單個(gè)I2C總線(xiàn)上有多達八個(gè)不同的LT3964地址。例如，圖4中的2 MHz雙通道1A降壓LED驅動(dòng)器示例電路具有高效率和超小尺寸等特點(diǎn)，可將其更改為通過(guò)34 V至36 V輸入為每個(gè)通道提供高達30 V的LED電源（如數據手冊中所示），效率高于90％。

  圖4．2 MHz雙通道1A（或以上）降壓LED驅動(dòng)器演示電路DC2424A具有高效率和緊湊布局的特點(diǎn)。如數據表所示，可將其更改為通過(guò)34 V至36 V輸入為每個(gè)通道提供高達30 V的LED電源――效率高于90％。

  13位RGBW色彩控制

  兩個(gè)LT3964驅動(dòng)器足以用1 A(或以上)驅動(dòng)單個(gè)或一串RGBW LED，如圖5所示。雖然RGBW色彩通常以1：256、8位分辨率控制，但LT3964可以為每個(gè)通道提供高達1：8192、13位的PWM調光功能以及1：10的模擬調光功能——全部由I2C控制。

  圖5.可以用兩個(gè)LT3964驅動(dòng)器以1A以上的電流驅動(dòng)單個(gè)或一串RGBW LED。每個(gè)RGBW分量色彩均受調光分辨率(通常為1/256或8位分辨率)的限制?；贚T3964的解決方案可提供更高的分辨率，可為每個(gè)通道實(shí)現高達1/8192或13位PWM調光功能以及1/10的模擬調光功能——全部由I2C控制。

  這種直驅方法允許分量RGBW LED在亮度和電壓方面存在較大差異——每個(gè)通道完全獨立。在此示例中，單個(gè)Cree RGBW LED由四個(gè)LT3964通道驅動(dòng)，每個(gè)通道輸出1A電流。通過(guò)簡(jiǎn)單更改數字寄存器，亮度和色彩控制可擴展至1：8192 PWM調光，并且1/10模擬調光可支持每個(gè)紅、綠、藍、白LED。對色彩的真正限制是LED本身。實(shí)際上，如果需要，如此強大的混色控制能力允許對LED進(jìn)行色彩校正。

  輕松同步大陣列和低紋波工作模式

  集成的同步功率開(kāi)關(guān)和2 MHz開(kāi)關(guān)頻率可實(shí)現超小尺寸的解決方案，每個(gè)LED通道都有一個(gè)小電感和一個(gè)瓷片輸出電容。LT3964的CLKOUT和SYNC引腳允許兩個(gè)IC同步，防止不必要的拍頻，并通過(guò)串行通信保持PWM調光的統一時(shí)序。這樣就不需要從外部時(shí)鐘源為兩個(gè)IC提供時(shí)鐘，從而簡(jiǎn)化了解決方案。

  圖6展示了該4通道雙IC解決方案的低紋波輸出電流，與上面提到的更高紋波矩陣LED調光器解決方案形成對比。顯然，非矩陣直驅LT3964解決方案的LED電流波形比矩陣調光器解決方案更清晰;矩陣調光器解決方案由于輸出電容較小，所以其紋波含量較高。

  圖6.與更高紋波矩陣LED調光器解決方案相比，4通道雙降壓LED驅動(dòng)器解決方案的紋波電流較低。LT3964的LED電流波形比調光器解決方案清晰。

  靈活、直觀(guān)的降壓方案

  LT3964非常靈活，可支持需要四個(gè)以上色彩分量的系統。RGB(W)LED的色域如圖7所示。當需要更寬的色彩范圍時(shí)，可以添加兩個(gè)額外的LED元件，例如琥珀色、額外綠色甚至青色LED。要驅動(dòng)其他分量色彩，只需將另一個(gè)LT3964連接到同一I2C總線(xiàn)即可。

  圖7.可見(jiàn)色域包括RGB色域中不存在的色彩。當需要擴展范圍時(shí)，只需添加一個(gè)連接在同一I2C總線(xiàn)上的LT3964，即可添加兩個(gè)額外的LED元件，例如琥珀色、額外綠色甚至青色LED。

  并非所有RGBW混色LED系統都使用單片RGBW LED芯片。在部分系統中，將獨立的紅、綠、藍LED串集成到更大、更亮的燈具當中。只要LED串電壓低于輸入電壓，每個(gè)LT3964降壓通道就可以驅動(dòng)具有不同電壓的LED串。單個(gè)LT3964通道可以1A或以上的電流驅動(dòng)高達30 V的LED串。

  I2C串行通信

  使用LT3964 LED驅動(dòng)器時(shí)，有兩種模擬和PWM調光控制方案可選。一種方案是在不使用串行總線(xiàn)的情況下直接用外部電壓驅動(dòng)調光引腳。在非I2C模式下，對于LED模擬調光，CTRL1和CTRL2引腳由可調直流電壓驅動(dòng);PWM1和PWM2引腳由脈沖信號驅動(dòng)，占空比與LED的PWM調光亮度相對應。在此方法中，LED PWM頻率與PWM引腳輸入同步，LED亮度和LED電流占空比與PWM引腳輸入脈沖相匹配。在較大的系統中，為大量通道生成PWM和模擬調光輸入信號組合可能非常復雜。

  第二種可能更有效的方法是使用串行通信總線(xiàn)(例如I2C)來(lái)控制每個(gè)LED通道或串。簡(jiǎn)單的2-線(xiàn)I2C總線(xiàn)用于通過(guò)單個(gè)主控器件(如小型微控制器)控制8個(gè)不同從屬器件的功能。I2C總線(xiàn)主機運行速率高達400 kHz，只需生成三個(gè)字節即可對LT3964從屬器件上9個(gè)寄存器中的每個(gè)寄存器進(jìn)行更新。有四個(gè)PWM寄存器、兩個(gè)模擬調光寄存器、一個(gè)用于設置故障的狀態(tài)使能寄存器、一個(gè)用于讀取故障的狀態(tài)寄存器以及一個(gè)用于一些全局功能的配置寄存器。I2C寫(xiě)命令的三個(gè)字節包括地址、子地址和數據字。圖8所示為L(cháng)T3964串行通信中使用的不同I2C寫(xiě)字和讀字。

  圖8.LT3964 I2C串行通信使用標準I2C寫(xiě)字和讀字。

  LT3964具有基于I2C的13位(1：8192)PWM調光功能。通過(guò)寫(xiě)入每個(gè)通道的兩個(gè)PWM調光寄存器來(lái)設置PWM調光占空比和頻率，如圖9所示。圖10所示為結果形成的ILED波形。通過(guò)一系列快速I(mǎi)2C寫(xiě)操作，可以輕松更新多達16個(gè)不同的通道(每個(gè)通道兩個(gè)地址，總共八個(gè))

  圖9.LT3964具有13位(1：8192)PWM調光功能和I2C。通過(guò)寫(xiě)入各通道的兩個(gè)PWM調光寄存器設置PWM調光占空比和頻率。此處，通道2設為1：8192調光，而通道1則設為128：256模擬調光

  圖10.ILED波形，所示為1：8192調光。

  圖11.LT3964 DC2424A演示電路可通過(guò)QuikEval借助免費的圖形用戶(hù)界面進(jìn)行控制。在每個(gè)頁(yè)面上，可以設置寄存器元件，然后通過(guò)USB和Linduino DC2026C演示電路按下按鈕即可發(fā)送I2C寫(xiě)命令或讀命令?？梢詾槿魏蔚刂吩O置IC地址位，該圖形用戶(hù)界面可以同時(shí)與多個(gè)LT3964 IC通信。

  圖12.I2C寄存器包括故障保護設置和讀取。LT3964可以通過(guò)其ALERT引腳和I2C狀態(tài)寄存器報告每個(gè)通道的故障。僅在狀態(tài)寄存器單獨使能且發(fā)生故障時(shí)才會(huì )報告故障?？梢允鼓?、報告和讀取兩個(gè)通道的開(kāi)路LED、短路LED、過(guò)流和過(guò)壓反饋故障。也可以禁用和忽略這些故障。

  除PWM調光控制外，每個(gè)通道還有一個(gè)8位模擬調光寄存器，可通過(guò)單個(gè)寫(xiě)命令進(jìn)行更新。調用模擬調光時(shí)，通常僅使用低至約1/10的調光。更常見(jiàn)的情況是，PWM調光專(zhuān)門(mén)用于RGBW混色——足以實(shí)現精確和可重復的色彩創(chuàng )建，無(wú)需添加模擬調光。然而，在需要擴展控制的系統中，可以使用盒子里的直流LED電流調節工具。

  其他I2C寄存器包括故障保護設置和讀取功能。LT3964可以通過(guò)其ALERT引腳和I2C狀態(tài)寄存器報告每個(gè)通道的故障。僅在狀態(tài)寄存器單獨使能且發(fā)生故障時(shí)才會(huì )報告故障?？梢允鼓?、報告和讀取兩個(gè)通道的開(kāi)路LED、短路LED、過(guò)流和過(guò)壓反饋故障(圖9)。也可以禁用和忽略這些故障。故障保護有可能是任何串行通信系統的關(guān)鍵部分。

  2 MHz演示電路和QuikEval

  通過(guò)I2C可以輕松生成原型并評估LT3964 LED系統。ADI公司已經(jīng)創(chuàng )建了一個(gè)演示電路，其中包括用于測試串行通信的圖形用戶(hù)界面。當通過(guò)USB用Linduino?One演示電路(DC2026C)連接到PC時(shí)，該系統使用QuikEval?程序。演示電路手冊中包括快速入門(mén)指南，其中描述了連接和評估LT3964演示電路DC2424A的方法。簡(jiǎn)而言之，當通過(guò)DC2026C (Linduino)連接到USB時(shí)，可以對LT3964演示電路串行通信進(jìn)行評估，一次一個(gè)命令。

  圖9、11和12顯示了LT3964演示電路易于使用的圖形用戶(hù)界面頁(yè)面。在每頁(yè)上，可以設置寄存器元件，然后通過(guò)I2C串行總線(xiàn)進(jìn)行更新?？梢愿旅總€(gè)通道的模擬和PWM調光寄存器，以及狀態(tài)使能位、全局配置寄存器和狀態(tài)使能位。對于通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送的每個(gè)I2C命令，該界面顯示了生成的地址、子地址和數據位。也可以通過(guò)圖形用戶(hù)界面的讀取命令對寄存器進(jìn)行讀回操作。如果在測試期間發(fā)生故障，圖形用戶(hù)界面會(huì )在左上方顯示警報信號(圖13)，并且可以采取步驟檢查故障的性質(zhì)并通過(guò)STATUS和STATUS ENABLE寄存器清除故障。

  圖13.使用圖形用戶(hù)界面和Linduino，通過(guò)I2C帶狀控制排線(xiàn)，可以連接兩個(gè)現成的DC2424A演示電路，用于驅動(dòng)RGBW LED或LED串。

  在單個(gè)RGBW系統中，I2C總線(xiàn)上需要兩個(gè)獨立的IC地址(用于四個(gè)LED分量)。默認情況下，圖形用戶(hù)界面會(huì )將所有命令發(fā)送到默認地址“1100”，但可以更改該地址。該地址顯示在每個(gè)頁(yè)面的右上角，可以通過(guò)單擊數字進(jìn)行更改。由此，可以通過(guò)圖形用戶(hù)界面來(lái)控制和讀取多達八個(gè)地址的調光和狀態(tài)寄存器。此外，圖形用戶(hù)界面的數字字頁(yè)面允許用戶(hù)手動(dòng)輸入任意三個(gè)地址、子地址和數據字，并將它們作為I2C命令發(fā)送出去。用戶(hù)可以查閱數據表或圖形用戶(hù)界面的其他頁(yè)面，生成讀和寫(xiě)命令，這些命令顯示在屏幕底部的串行數據日志中。

  從圖13可以看出，使用圖形用戶(hù)界面和Linduino，可以通過(guò)I2C控制排線(xiàn)輕松地將兩個(gè)現成的DC2424A演示電路連接起來(lái)。SDA和SCL 2-線(xiàn)I2C線(xiàn)路在總線(xiàn)上共享，警報信號與Linduino排線(xiàn)連接在一起。每個(gè)LT3964的ALERT引腳都是一個(gè)開(kāi)路集電極下拉，因此當任何IC上發(fā)生故障時(shí)，主機都可以檢測到。發(fā)生這種情況時(shí)，圖形用戶(hù)界面會(huì )在左上角顯示一個(gè)紅色ALERT標志圓圈。一旦主控微控制器檢測到系統故障，就會(huì )根據警報響應協(xié)議檢測和/或清除故障。

  故障檢測與協(xié)議

  LT3964具有廣泛的故障保護功能。它可以順暢地處理LED串的開(kāi)路和短路故障。它還可以處理輸出的過(guò)流故障，這些故障不一定是短路。發(fā)生這些故障時(shí)，LT3964的ALERT故障標志會(huì )置位。在同一總線(xiàn)上共享時(shí)，若系統中任何LT3964出現故障，ALERT總線(xiàn)會(huì )被拉低(置位)。I2C通信首先可用于定位故障IC，然后診斷故障本身?？梢栽跔顟B(tài)使能寄存器中設置可置位ALERT標志的故障類(lèi)型。此處可以使能或禁用短路LED或LED過(guò)流等故障。

  在A(yíng)LERT置位之后，用廣播讀取命令輪詢(xún)從屬I(mǎi)C，找出置位警報的IC。在出現多個(gè)警報的情況下，較低地址的IC首先發(fā)送其地址。下一步是讀取故障地址的STATUS寄存器。結果應該能提供足夠的信息來(lái)診斷故障并清除故障標志。如果故障標志保持置位，則另一個(gè)廣播讀取命令可以檢查后續故障地址。當完成對故障地址和狀態(tài)寄存器的讀取時(shí)，可以通過(guò)向故障地址發(fā)送寫(xiě)命令來(lái)清除故障狀態(tài)位。如果故障未清除，則可以通過(guò)報告提出服務(wù)需求，或者關(guān)閉使能故障的狀態(tài)位，忽略故障。

  圖14.使用LT3964雙降壓驅動(dòng)器和I2C串行通信的完整高功率RGBW LED數控示意圖。兩個(gè)LT3964足以用1A電流驅動(dòng)單個(gè)RGBW LED或RGBW LED串，實(shí)現精準調光，產(chǎn)生可預測且可重復的色彩分量。

  結論

  具有I2C串行通信功能的LT3964雙降壓LED驅動(dòng)器可用于存在大量高功率LED和LED通道的計算機控制照明系統。兩個(gè)LT3964足以用1A電流驅動(dòng)單個(gè)RGBW LED或RGBW LED串，實(shí)現精準調光，產(chǎn)生可預測且可重復的色彩分量。

  使用現成的DC2424A演示電路和免費的QuikEval PC軟件，可以輕松進(jìn)行評估。LT3964的共享I2C 2-線(xiàn)串行通信總線(xiàn)可用于控制多達8個(gè)地址和16個(gè)開(kāi)關(guān)通道。其寬輸入電壓范圍和緊湊但功能強大的集成式同步降壓開(kāi)關(guān)在每個(gè)通道上可支持高達30 V的LED。高達2 MHz的開(kāi)關(guān)頻率能夠實(shí)現緊湊型設計和小型電感，這對于在具有眾多LED和通道的大型系統中復制驅動(dòng)器電路非常重要。