利用MAX6972–MAX6975 LED驱动器消除彩色 视频显示, 驱动器, 彩色

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摘要：复用LED驱动器有助于提高效率，降低成本；然而设计复用LED电路比较棘手。设计不好的电路会在实际应用中产生不需要的LED电流和假像。本应用笔记详细介绍了与复用LED相关的问题，解释怎样利用MAX6972?MAX6975系列脉冲宽度调制LED驱动器消息电路板来克服这些问题。
注：符号“/”(/MUX1和/MUX0)表明MUX1和MUX0引脚的低电平有效功能。
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=2.0VVGREEN=3.1V电源是：V+=3.3VVLED=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LEDPN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LEDPN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)/485nsIDIS_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。