高效LED驱动器LTC3219及其应用

摘要：高集成度9通道LED驱动器LTC3219具有高效、低噪声、可进行数字编程等特点。文 中介绍了LTC3219的工作原理及主要功能，同时给出了LTC3219的一个典型应用电路。
关健词：LTC3219；充电泵；I2C串行总线接口；模式转换

O 引言
    LTC3219是一款无电感器型、低噪声、高效率LED驱动器，它可为主、副和RGB显示屏／显示器件提供9个独立的可配置电流源，并能进行64级的亮度调节控制。这些通用电流源都能以数字方式来控制，可进行独立的调光、亮度、闪烁和灰度控制，并可通过简单的两线I2C串行接口对其进行编程。
    LTC3219有1X，1．5X和2．0X多种低噪声电荷泵操作模式，以低噪声恒定频率工作，可以自动基于LED电流源上的电压优化效率。LTC3219内部还具有短路和过热保护电路，其软启动电路可防止在启动和模式切换时出现浪涌电流和过大的输入噪声。该器件主要用于蜂窝电话的显示、照明设备以及带QVGA显示的可视电话等。

1 引脚功能
    LTC3219采用3 mm×3 mmx0．75 mm的扁平QFN-20封装，其引脚排列如图1所示。它的各引脚功能如下：

    CPO：LED电源充电泵输出端。该引脚需与地接一个2．2μF的陶瓷电容；
    ULEDl～ULED9：LED驱动电流源输出端。电流范围为0～28 mA．其电流的大小可由软件和内部6位线性DAC分64级来调节控制。将各LED段所对应的数据寄存器(REGl～REG9)置0就能激活各输出端。另外，它们也可作为I2C的开漏输出。不用时可接地；
    DVcc：数据I／O电源端。该引脚可用于设置LTC3219的逻辑参考电平。该引脚电压低于欠压锁定阀值时，就会重启数据寄存器，通常可在器件加电后使用这种重启方式。该脚需连一个0．1μF的陶瓷电容；
    SCL：I2C时钟输入端。该引脚的逻辑电平需参考DVcc；
    SDA：串口数据输入端。可通过在每个时钟周期移动一位串行数据的方式来实现对器件的控制。其逻辑电平可参考DVcc；
    ENU：使能输入端。用于预选ULED输出端的接通或断开。当该脚从低(断开)切换到高(接通)时，所选LED发光。若ENU所控制的输出端有效，且其它输出端也有效时，LTC3219会在ENU的下降沿复位到1X的充电泵模式；而当ENU所控制的输出端有效，而其它输出端无效时，LTC3219的充电泵模式被关断。ENU的逻辑电平可参考DVcc。不用时可接地；
    GND：系统地。使用时需将该脚和焊接盘(21脚)连到接地板上；
    ClP，C2P，ClM，C2M：充电泵快速电容引脚。在C1P与C2P，ClM与C2M之间应分别接一个1μF的陶瓷电容。
    VBAT：设备电源端。使用时应接一个2．2μF的低ESR陶瓷电容。[!--empirenews.page--]

2 工作原理
    LTC3219是一款具有高集成度的多路显示LED驱动器。它用一个高效、低噪声的充电泵为9个通用LED驱动器供电，并可由内部的一个精准的电流基准源来设置其最大显示电流。每个电流源均可进行独立的渐变、开／关、闪烁和灰度级调节，并可通过I2C串行接口实现。其LED电流源有6位线性DAC，可为其进行亮度调节控制。
    LTC3219可根据LED电流源上的电压并通过自动或手动方式的切换来改变升压倍率，以优化其效率。启动时，升压倍率为1X模式，当有效电流源趋近关断(Dropout)状态时，LTC3219会先自动切换为1．5倍升压模式，而当再次出现关断时，它将切换为2倍升压模式。当从I2C接收到新数据时，LTC3219又会自动复位到1X模式。图2所示是LTC3219的结构功能框图。

2．1 软启动
    LTC3219的软启动主要是在1．5X和2X模式转换初期起作用。初始化时，软启动电路处于关断状态。加电时，VBAT通过位于VBAT和CPO之间的一个弱电流开关向CPO的输出电容器缓慢充电(CPO引脚上的电流是以125μs的周期线性增大的)，以防止出现大的充电电流。当器件转换到加强模式时，充电泵的这种软启动特性也会进一步限制浪涌电流和电源偏差。
2．2 模式转换
    当LTC3219的有效电流源电压下降至电源编程电压以下时，LED端会出现电压关断(dropout)，此时充电泵会从1X模式自动切换到1．5X模式。从出现电压关断到自动切换模式的时间约400μs，LED会在这段时间预热，并最终达到所需的前向电压。
    通过给CPO写入不同的字可手动切换到1X、1．5X或2．0X模式，这往往应用在CPO端自动模式无效的电源负载中。另外，非编程电流源不会影响关断。在电流源控制的ENU为低时，也不会影响关断。
2．3 外部使能控制(ENU)
    通过ENU引脚可以进行编程，即通过对REGl～REG9的相应数据位或REGl0、REGll的相应控制位的设置，可以对全部所选显示器进行独立调节。当不需重复访问I2C端口时，ENU可用于LTC3219的通和断，因此，在没有微控制器控制的情况下，它会提示有电话进来。
    只有先将I2C接口置为所需LED的输出才能使用ENU引脚。当ENU为高时，可接通所选显示器，同时设置REGl0和REGll；ENU为低时，则关闭所选显示器。若没有编程接通任一个显示器，LTC3219器件将处于关断状态。
    ENU引脚也可用于灰度的预编程控制。在这类应用中，可以根据相应的灰度要求对寄存器进行编程，编程时可忽略UP位。当ENU为低时，允许对寄存器编程；ENU为高时，则接通寄存器，且所选的LED的输出升高。另外，在ENU为低时，所选LED输出电流也降为0，输出关断。设计时如需用到关断状态，充电泵则不必置于手动模式。应用ENU引脚，且其它ULED输出有效，ENU会在其下降沿使器件进入1X充电泵模式。而在不用ENU引脚时，将其接地即可。
2．4 I2C串行总线接口
    LTC3219可通过标准的两线I2C接口与主机进行通信，其总线上的各信号时序关系如图3所示。与I2C串联接口相连的微控制器可以提供所有的命令和控制输入信号。它共有12个数据寄存器、一个地址寄存器和一个次地址寄存器。SDA输入端的数据可在SCL的上升沿装入，D7在先，DO在后，而且应先写数据寄存器，再写次地址寄存器。当所有地址位写入到地址寄存器后，LTC3219会向主机发出确认信号。每个数据寄存器都有次地址。数据写入后，紧跟在停止位后会生成一个负载脉冲，这个负载脉冲可把数据寄存器中的数据转换到DAC寄存器中，同时停止位会一直延迟到数据全部写入。但此时的LED电流会有所改变。表1为次地址寄存器的地址位及功能。串行接口采用的是静态逻辑寄存器。总线不用时，可将SDA和SCL置高。另外，设计时还需外接上拉电阻或电流源。[!--empirenews.page--]

3 应用电路
    LTC3219仅需要5个小型陶瓷电容就能实现一个纤巧、完整的LED电源稳压器和电流控制器解决方案。图4所示是LTC3219的一种典型应用电路图。图4中所给出外部元件的相应参数，可在具体设计时用作参考。

4 结束语
    LTC3219是一款无感、低噪声、高效率的LED驱动器。该器件具有可选的多种充电泵模式，并可进行自动或手动模式切换，因此，可进一步优化效率，从而方便地用于可视电话和照明设施等方面。