大电流情况下驱动时分复用LED阵列的新方法

然而，当LED需要大电流时，因为刷新率的原因使得该设计比较难付诸实践。当两个或两个以上的LED同时点亮时，LED驱动需要使得电流在LED矩阵中得到均匀分流。这样的结果是，设计人员们发现使用传统LED驱动器芯片时，大电流输出(产生高亮度)与高效能、低成本、小尺寸很难同时兼得。(“刷新率”的释义见下文)

有趣的是，传统的LED驱动芯片能驱动大量矩阵排列的LED。但仔细阅读规格书我们就会发现：矩阵排列中电流阱/电流源的恒定电流基本保持在10-40mA;只有少数几个电流阱/电流源的恒定电流能达到150mA。

实际上，对许多大型显示应用来说，150mA的电流就足够了。但时分复用架构中的刷新率意味着LED的有效峰值电流一般都是芯片标称峰值电流的一半或三分之一。

本文通过并不为大家所熟知的电视背光LED驱动芯片描述了该问题的解决方案。快速增长的LED电视市场孕育出了新一代复杂、高效的大电流驱动芯片。本文将深入研究时分复用方法的具体操作，并展示背光驱动芯片能在多大程度上满足大型照明系统和标识系统的要求。

时分复用矩阵的基本操作

时分复用是驱动LED矩阵的一种技术，使用该技术时，无需每颗LED都搭配一个电流源。图1展示了时分复用方法的运作。为了控制LED D1，Source.1需要一个高于LED最大正向电压(VF)的电压;同时，Sink.1必须和一个电阻或其他类型的电流阱相连接，为LED带来电流。LED D5同样通过Source.2和Sink.2得到控制。

图1：LED时分复用方法的操作

目前为止都很简单。但是，如果D1和D5需要同时被点亮该怎么办?如果Sink.1/Sink.2与Source.1/Source.2同时打开，那么D2和D4也会被点亮。为了解决这个问题，我们必须引入时分复用的概念。驱动器不会持续打开Source.1、Source.2、Sink.1和Sink.2，而是复用Source.1/Sink.1和Source.2/Sink.2。

当LED D1和D5的闪烁频率等于或高于50Hz时，人眼看到的将是持续的灯光。这种时分复用技术使用超过50Hz的刷新率，因此D1和D5能在D2和D4不亮的情况下被点亮。

当然，该方法也有一个缺点：时分复用及刷新率减少了通过LED的电流总量。换句话说，给定的矩阵刷新率在作用给定的LED矩阵时，在LED上只有一半有效工作周期：在电流阱设定电流为100mA时，通过每一个LED的有效恒定电流为50mA。

似乎有一个明显的方法可以解决这个问题：将Sink.1和Sink.2的电流量增加一倍至200mA，使通过LED的恒定电流达到100mA。不幸的是，200mA的输出电流已经超过当今市场上传统LED驱动芯片的驱动能力。

时分复用控制方案

刷新率描述的是电流流过矩阵中每个被点亮的LED时每秒重置的次数。图2是矩阵控制方案的一个例子。在图中，D1、D5和D9被点亮时，通过每个LED的电流为100mA。

图2：时分复用控制方案

如果复用控制方案循环的速度足够快，每秒循环达到200到1,000次(取决于同时需要被点亮的LED数量)，那么LED在人眼中看到的便是持续点亮的状态。在图2中，整个矩阵的刷新率为200Hz，这意味着每个LED刷新率约为67Hz，相当于每个LED有33%的工作周期。也就是说，每个电流阱至少需要产生300mA的电流才能为每个LED提供相当于100mA的恒定电流。

时分复用也产生了动画。动画可以由一系列预定义的位图图像在软件代码中制作出来，这些位图图像通常是一些多字节数组，其中的每一个比特对应LED矩阵中的某个LED。为了制成图片，控制器必须逐字节扫描一个阵列，依次展示每一列。

大电流情况下驱动时分复用LED架构的新方法

电视背光灯设计几乎已经完全用LED代替白炽灯。作为一个巨大的细分市场，电视背光促使专业背光LED驱动芯片的不断壮大。由于电视在亮度方面日益提高的要求，这些IC，无论是通过外部MOSFET或是嵌入在驱动器芯片内部的FET，都必须实现大电流环境下对LED的控制。

奥地利微电子公司的AS3693B是实现这一功能的典型产品。它是一个16通道的高精度LED控制器，内置PWM发生器用于驱动外部FET。(其姐妹产品AS3693A则具有集成的MOSFET。)尽管AS3693系列产品是为了满足电视生产商对电流的精确控制而设计的，但该器件仍可用于其它应用中对LED的驱动和控制。

与AS382x系列相同, AS3693也具有编程控制输出电流这一实用功能。其功能选项包括：

● 通过PWM发生器对每个通道实现独立的数字电流控制

● 通过8位数字模拟转换器实现线性电流控制