LED將設計靈活性與實用強健的電路相結合，使汽車設計人員能夠生產驚人的前燈設計，并且具有超長的使用壽命和性能。凌力爾特公司LED驅動器產品高級設計負責人Keith Szolusha現在是ADI公司的一員，他解釋汽車設計師如何將LED納入照明領域，因為他們可以安排在獨特的引人注目的設計中 - 幫助區分新舊模型，或經濟高端。

LED矩陣調光器演示電路作為Linduino?屏蔽層運行

毫無疑問，汽車LED照明已經到來，但尚未達到其全部潛力。未來的車型將采用更多的LED燈，包括新的形狀和顏色，以及對單個LED的更多控制。簡單的LED串將讓位于通過計算機控制單獨調光的LED矩陣，從而實現無限的實時模式控制和動畫。以LT3965矩陣LED驅動器和與LT3797升壓然后雙降壓模式驅動器的組合為例，將展示驅動器技術的先進程度如何使汽車照明設計的下一步變得輕松。

用單個IC對8個電源開關進行I2C控制

基本的LED前大燈設計可以在均勻的LED電流下工作，因此亮度均勻。但是這留下了很多LED在桌面上的潛力。矩陣車燈通過控制LED燈串內各個LED的亮度，充分利用LED的天生能力。

理論上講，通過計算機控制的電源開關來處理矩陣中的單個LED并不困難，從而允許單獨的LED打開或關閉，或者PWM調暗，以創建獨特的圖案和功能。每個LED（或LED的一部分）需要自己的轉換器或其自己的分流電源開關。有可能用傳統的驅動器/轉換器IC構建一個包含串行通信功能的矩陣驅動器，但是一旦LED矩陣需要多于兩個或三個開關，設計分立元件解決方案變得具有挑戰性，涉及元件矩陣超過LED矩陣的大小。

IC 8開關矩陣LED調光器可輕松控制大型或小型LED矩陣（最多512個LED）。圖1顯示了演示電路上的驅動器。

圖1：LED矩陣調光器演示電路作為Linduino?屏蔽層運行。該演示電路運行大燈，轉動燈光，尾燈和裝飾圖案，并可通過USB電纜通過圖形用戶界面進行評估

其高度集成的設計（圖2）最大限度地減少了元件數量。可單獨尋址的通道可用于以多種方式控制LED矩陣。

圖2：60 V 8開關LED矩陣調光器框圖顯示了用于亮度控制的8個功率NMOS分流開關，故障標志和I2C串行通信接口

LED矩陣的控制選項：

每個驅動器可以控制8個調光通道 - 八個LED或八個群集 - 在一串LED中

八個通道可以控制兩個RGBW LED模塊上的紅色，綠色，藍色和白色光，以調節亮度或改變儀表板或裝飾照明的顏色

多個驅動程序可以在單個通信總線上單獨尋址，以便將字符串乘以大數組

一個驅動器可以控制每個通道的多個LED，或者可以組合通道來高效控制單個LED的電流

與合適的恒流LED驅動器配合使用時，矩陣調光器LED驅動器允許通過大燈，日間行車燈，制動器和尾燈，側彎燈，儀表板顯示屏和其他裝飾照明裝置對各個LED進行計算機控制。內置的自動故障檢測能夠在發生故障時保護單個LED并向微控制器報告故障。

60 V驅動器包含八個集成的330mΩ電源開關，可以連接到一個或多個LED。電源開關通過關閉或調光特定通道上的LED來充當分流器件。這些開關創建8個單獨控制的亮度通道（高達256：1調光比）和8個LED串的防故障段。

當所有八個電源開關同時打開時（所有LED熄滅），它可處理500 mA的串電流。如本文后面所述，開關可并聯連接，并通過四個通道的LED以1A運行。無論LED數量或電流如何，LED串必須由設計合理的轉換器驅動，該轉換器具有處理矩陣調光器快速瞬變的帶寬。本文中包含一些參考設計。

升壓，然后雙降壓模式驅動兩串，16個LED，500 mA，帶兩個矩陣驅動器

矩陣LED驅動器的八個分流電源開關在500 mA時控制八個通道LED的亮度。8-LED矩陣調光器系統的串電壓可以在0到26 V之間，具體取決于在給定時間內有多少個LED處于打開或關閉狀態。推薦用于驅動這些LED的轉換器拓撲結構是一款30 V降壓型轉換器，具有高帶寬和很少或沒有輸出電容。這種降壓拓撲結構要求9-16 V汽車輸入“預升壓”到降壓穩壓器可以工作的30 V電壓軌。

三路輸出LT3797 LED控制器可方便地用作“預升壓”和降壓功能的單IC解決方案 - 可在一個通道上配置為升壓型穩壓器，然后配置降壓型LED驅動器在另外兩個頻道上。兩個降壓LED驅動器中的每一個都可以驅動一串矩陣變暗的LED。這種拓撲結構具有許多優點，最值得注意的是，無論LED串電壓高于還是低于電池電壓，電路都能夠繼續最佳工作。

圖3顯示了圖1所示演示板的原理圖，該演示板是一個升壓后雙降壓模式矩陣調光前燈系統，帶有16個500 mA的LED。每個LED都可以單獨控制開/關或PWM調暗至1/256亮度。350 kHz開關頻率在AM頻段之外（對EMI有好處），并且由同一個350 kHz時鐘產生的170 Hz PWM調光頻率高于可見范圍。系統正確同步后，矩陣大燈無閃爍。

圖3：具有升壓后降壓模式LED驅動器和兩個矩陣調光器的矩陣LED調光器系統，可驅動汽車電池在500 mA時的16個LED。I2C串行通信控制各個LED的亮度并檢查LED和通道故障

LT3797降壓模式轉換器針對幾乎沒有輸出電容和適當補償控制環路的極快速瞬變進行了優化。這些> 30 kHz帶寬轉換器可承受快速LED瞬變，因為LED隨時打開和關閉以及PWM變暗。放置在LED檢測電阻上的濾波電容取代了控制系統中的一個極點，當輸出電容被減小或去除時，為了矩陣調光器的快速瞬態性能而丟失。

來自開關節點的電荷泵用于為矩陣LED驅動器的VIN引腳提供比LED +電壓高7 V以上的電壓，以在驅動時使頂部通道NMOS完全增強。即使所有八個分流開關都打開，關閉整個LED燈串，低RD（ON）NMOS開關仍能夠在IC不變熱的情況下實現高功率運行。在這種情況下，LED驅動器可以保持由所有八個分流開關創建的虛擬輸出短路，而不會出現任何問題，并且可以通過下一個打開的LED快速調節500 mA。

圖1中的演示電路具有圖3所示的系統，并通過Linduino?One演示電路使用附帶的IC微控制器操作矩陣前燈。使用的演示板作為Linduino大屏蔽罩運行，具有高達400 kHz的串行代碼，可生成不同的車頭燈圖案并與圖形用戶界面（圖4）連接。

在圖4所示的GUI中，LED亮度和故障保護功能可通過“全通道模式”和“單挑戰模式”命令以及“故障檢查”讀取和寫入命令來檢查開路和短路LED。這個演示電路系統可以檢查無閃爍操作，故障保護和瞬態操作。DC2218可直接插入12 V直流電源，并可通過運行GUI的個人計算機進行控制，或通過簡單的USB連接進行重新編程。

圖4：基于PC的界面允許設計人員訪問LED的控制和監視

1使用并行通道的矩陣LED驅動器

LT3965可用于驅動1A LED通道的矩陣。并聯電源開關很容易，因此兩個電源開關將LED電流分成1 A，每個驅動器控制四個1 A通道。使用并聯電源開關以獲得更高電流的一種方法是僅在PWM周期的50％內運行每個反相并聯開關。通過一個NMOS電源開關交替運行1 A一半的時間，有效加熱大約等于通過相同的NMOS在所有時間內運行500 mA。

圖5：1矩陣LED驅動器結合了反相并聯通道，可用于大功率LED大燈系統中的更高電流應用

圖5顯示了一個1A矩陣大燈系統，該系統使用由兩個矩陣LED驅動器和另一個升壓后降壓模式IC驅動的八個LED。當PWM調光時，IC使用8個開關的獨特1/8周期相位，如圖6所示。在這個1 A矩陣系統中，升壓和降壓模式的LED驅動器通道并行組合，這樣成對的通道是反相的，相互成180°;特別是對通道8和4,7和3,6和2以及5和1進行配對。并聯通道交替分流，有效地加倍了PWM頻率，并具有擴散分流電流和熱量的優勢。為使此功能正常工作，任何單個并聯電源開關的最大占空比為50％，因為50％的時間內有兩個反相開關（每50％的時間分路一次）將LED關閉100 ％ 的時間。

圖6：八個矩陣LED驅動器功率開關的1/8 PWM無閃爍相位限制了PWM調光亮度控制期間的瞬態

每個矩陣LED潛水員控制由兩個1 A降壓模式LT3797通道（來自升壓的20 V通道）驅動的四個1 A LED的亮度。這種高功率，強大的系統可以通過更多的LT3965或更高電流的LED并聯更多通道來擴大功率，從而為更多的LED供電。可以在1 A的每個通道上驅動兩個LED，并驅動這個靈活的大燈系統的電源。

每個通道多個LED

矩陣驅動器可以支持每個通道一至四個LED。雖然這可能是有利的單獨控制的故障保護或高分辨率模式的每一個LED，它并不總是必要的。使用一個以上的每通道LED降低矩陣的調光器的數量的系統和足以實現圖案或調光需要一些設計。頭燈，信號燈和尾燈的段可以具有多達四個的LED具有相同的亮度。緊急LED燈可以具有組三個和四個LED閃爍該并用相同的圖案波。

圖7：該柔性基質的LED驅動器可以驅動上獨立的LED串的LED通道，并且可以每信道1個四個LED驅動之間。（完整的驅動電路類似于圖3，但只有一個IC，如圖所示）

圖7中的電路演示了一個雙通道LED系統 - 它具有與圖3中的電路相同數量的LED，但僅使用單個矩陣調光器而不是兩個。

當IC命令告訴LT3965打開，關閉或調暗通道時，它會影響由該通道的分流電源開關控制的兩個LED。為了保持IC的電壓限制，500mA的16個LED仍然需要分成兩個串聯的LED串，如圖2所示。可以使用圖2中相同的升壓后降壓模式電路，但只有一個矩陣LED驅動器控制兩個串的亮度。這演示了IC內部每個NMOS分流電源開關如何獨立于其他電源開關進行配置，從而可以進行各種各樣的矩陣設計。

所有通道模式和單通道模式IC命令均具有無閃爍PWM和淡入淡出功能

IC指令集包括1個，2個和3個字的命令。這些命令通過串行數據線（SDA）以高達400 kHz的速度與主生成時鐘線（SCL）一起發送。主微控制器發送所有通道模式（ACM）或單通道模式（SCM）寫入命令，以控制LED通道和LT3965地址的亮度，淡入，開路閾值和短路閾值。

廣播模式（BCM），ACM和SCM讀命令要求驅動程序報告其寄存器的內容，包括用于故障診斷的開放和短寄存器。發生新故障時，矩陣LED驅動器會置位ALERT標志。微型設備可以通過確定哪個驅動程序報告了故障以及故障的類型和通道來響應故障。在多個IC報告故障的情況下，他們可以將故障報告順序排列到主設備上以防止重疊錯誤。這使得警報響應系統可靠且具有決定性。數據手冊中給出了完整的寄存器和命令集列表。

ACM寫入命令立即使用兩個IC字開啟或關閉單個LT3965地址的所有八個通道 - 通道同時開啟或關閉。打開或關閉大量LED將對DC / DC轉換器提供顯著的電流電壓負載步驟。這里介紹的轉換器可以很好地處理這些瞬變現象，幾乎沒有輸出電容和高帶寬。

如圖8所示，通過ACM寫入轉換大量的LED，不會對其他通道的LED電流產生可見的閃爍或明顯的瞬態。圍繞LT3797構建的高帶寬降壓模式轉換器是實現如此小的瞬態控制的原因。

圖8：本文中展示的LED矩陣驅動器設計具有最小或不具有跨通道瞬態效應。例如，過渡一半頻道 - 在這里，同時打開兩個并關閉兩個頻道 - 對其他四個未觸及的頻道幾乎沒有瞬態效應。未轉換的通道保持無閃爍

單通道模式寫入產生相對較小且快速的單LED瞬變。單片機寫入用于將帶有或不帶有淡入淡出功能的開啟，關閉或PWM調光一次只設置一個通道的亮度。PWM調光值在1/256和255/256之間以3字寫入，而ON和OFF可以以較短的2字命令傳送。單個SCM寫入命令中的淡入位使LT3965能夠在兩個PWM調光電平之間移動，并具有內部確定的對數衰減并且無需額外IC流量。使用SCM寫入命令可以在1到4個LED之間設置每個通道的開放和短期閾值。

每個通道的短路和開路LED故障保護

短路和開路保護是這款矩陣調光器的固有優勢。每個通道的NMOS電源開關可以在1至4個串聯LED之間分流。傳統的LED燈串可以防止整個燈串開路或短路，只有一些IC具有輸出診斷標志來指示這些故障狀態。相比之下，這個驅動程序可以防止單個通道短路并打開，從而保持運行通道的運行和運行，同時記錄和報告故障狀態。

當一個字符串內發生故障時，驅動程序檢測到故障并置位其ALERT標志，向微控制器表明存在需要解決的問題。如果故障是開路，則驅動器會自動打開其對應的NMOS電源開關，繞過故障LED直到完全診斷或直到故障消除。

IC保存每個通道的開路和短路故障寄存器，并在IC故障讀取命令期間將數據返回給微控制器。命令集包括使狀態寄存器保持不變的讀取和清除故障寄存器的讀取，從而允許用戶可編程的故障診斷。

可以在允許寫入的各種模式下讀取寄存器，SCM，ACM，BCM：

單通道模式（SCM）讀取返回單個通道的開路和短路寄存器位。SCM讀取還檢查開放和短期閾值寄存器，模式控制以及該通道的8位PWM調光值

所有通道模式（ACM）讀取都會返回給定地址的所有通道的開路和短路寄存器位，而不會清除該位，以及所有八個通道的ACM ON和OFF位

在具有許多共享相同總線的矩陣調光器的更復雜系統中，廣播模式（BCM）讀取首先請求哪個（如果有的話）IC地址聲明了故障標志

ACM和SCM讀取可用于檢查和清除故障并讀取所有寄存器，以獲得強大的IC通信系統

同一總線上最多可尋址16個驅動程序

每個IC具有四個用戶可選的地址位，可實現16個獨特的總線地址。每個ACM和SCM IC命令都被發送到共享通信總線，但只有被尋址的IC才會采取行動。總線上的所有IC都遵循BCM命令。4位地址架構允許單個微控制器和單個IC雙線通信總線支持多達8個。16 = 128個獨立可控通道。有了這款驅動器，除了最雄心勃勃的照明顯示屏之外，汽車大燈，尾燈和裝飾燈中的所有單個LED都可以通過單個IC通信總線和單個微控制器進行控制。考慮到每個通道最多可以連接四個LED，一個相對容易實現的系統可支持多達512個LED的矩陣調光。

結論

矩陣LED調光器控制單個LED串上的八個LED亮度通道，為照明設計師提供無限制的接入復雜和引人注目的汽車照明設計。IC通信接口允許微處理器控制串中各個LED的亮度。IC接口中的故障保護確保了LED照明系統的穩健性。矩陣調光器的通道是多功能的：每個通道可以控制多個LED;通道可以結合使用以支持更高電流的LED;或者在相同的通信總線上可以使用多達16個矩陣調光器IC生產高LED數量的系統。現在已經到了設計汽車前燈，尾燈，前部，側面，儀表板和裝飾燈的下一個步驟。