為MAX6948 WLED (白光LED)驅(qū)動(dòng)器增加外部PWM控制功能

本應(yīng)用筆記介紹了在器件內(nèi)部PWM (脈沖寬度調(diào)制)控制器的基礎(chǔ)上增加外部PWM調(diào)光功能的方法，以MAX6948 WLED (白光LED)驅(qū)動(dòng)器為例，給出了相應(yīng)的器件配置和指標(biāo)參數(shù)。

MAX6948簡介

MAX6948 WLED (白光LED)驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓范圍為+2.7V至+5.5V，可以將輸出電壓提升到+28V，用于驅(qū)動(dòng)手機(jī)背光。如果WLED的標(biāo)稱正向?qū)妷簽?V，MAX6948的額定28V高壓端口可以驅(qū)動(dòng)9只串聯(lián)的WLED，用于手機(jī)LCD屏的背光。該高壓端口能夠保持穩(wěn)定的30mA電流，這些串聯(lián)背光LED的亮度通過一個(gè)10位、1024級的PWM電路進(jìn)行控制。

另外，MAX6948有五個(gè)GPIO，可直接驅(qū)動(dòng)由電池供電的LED或作為漏極開路I/O使用。作為LED驅(qū)動(dòng)器使用時(shí)，額定電壓為8V的輸出端口能夠提供10mA或30mA (最大值)的恒定電流，并帶有8位、256級PWM亮度控制。

MAX6948集成器件產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)不同LED亮度的PWM信號，通過I2C命令控制。Boost轉(zhuǎn)換器的輸出能夠驅(qū)動(dòng)WLED，使其置于全亮、全閉狀態(tài)，或按照10位分辨率設(shè)定PWM占空比。最大電流由反饋電阻RB決定。如果RB為3.3Ω，則通過LED的最大電流近似為30mA (VFB/RB = 100mV/3.3Ω? 30mA)；如果RB為30Ω，對應(yīng)的最大電流近似為3.3mA。反饋電壓VFB穩(wěn)定在100mV左右，用來控制流過WLED的最大電流。通過調(diào)節(jié)反饋電阻，可以增加額外的WLED亮度調(diào)節(jié)方式。

增加外部PWM控制

有些手機(jī)處理器具有PWM輸出，可直接調(diào)節(jié)LED亮度。借助該輸出，可以根據(jù)不同需求，利用外部PWM信號和I2C命令調(diào)節(jié)LED亮度。MAX6948不具備外部PWM輸入，但可以通過配置電路(圖1)增加一個(gè)外部PWM亮度調(diào)節(jié)。


圖1. 該電路在MAX6948 WLED驅(qū)動(dòng)器上引入一個(gè)外部PWM控制，PWM信號由微控制器產(chǎn)生，頻率為5kHz，占空比范圍為0至100%。

該方案中，PWM控制信號由MAXQ2000微控制器評估(EV)板產(chǎn)生。電路輸出電壓范圍為0V至+3.3V，頻率為5kHz；占空比可以在0%至100%之間調(diào)節(jié)。MAX6948安裝在其評估板上，利用Vishay? SI4800BD n溝道FET晶體管調(diào)制反饋電阻。在手機(jī)應(yīng)用中，應(yīng)使用小尺寸、低漏-源電阻RDSON的n溝道FET晶體管。否則，應(yīng)減小RB電阻以補(bǔ)償較大的RDSON。SI4800BD具有極低的導(dǎo)通電阻，但采用的是8引腳SO封裝。考慮到PWM頻率只有5kHz，使用MAXQ2000的驅(qū)動(dòng)器時(shí)可以忽略柵極電荷的影響。由于晶體管工作在開、關(guān)狀態(tài)，其功耗可以忽略不計(jì)，圖2給出了測試裝置。


詳細(xì)圖片(PDF, 1.8MB)
圖2. 測試裝置，左側(cè)為MAXQ2000評估板，右側(cè)為MAX6948電路板。

測試結(jié)果

圖3至圖5是利用電流探頭獲取的測試結(jié)果，顯示了流過串聯(lián)WLED的電流。開啟MAX6948的內(nèi)部PWM功能，占空比設(shè)定為50%。圖3為外部PWM信號占空比為15%時(shí)的LED電流，圖4所示為外部PWM信號占空比為85%時(shí)的電流，圖5給出了外部PWM信號對串聯(lián)WLED電流的影響。

數(shù)據(jù)顯示，由于時(shí)間常數(shù)和MAX6948的反饋，LED電流不會(huì)在最小值(由30Ω電阻決定)和最大值(由3.3Ω電阻決定)之間切換。平均幅度和PWM擺幅隨外部PWM占空比設(shè)置而改變。


圖3. 外部PWM信號占空比為15%時(shí)的LED電流


圖4. 外部PWM信號占空比為85%時(shí)的LED電流


圖5. 外部PWM信號對LED電流的影響

這個(gè)例子中，外部PWM信號實(shí)際改變了n溝道FET晶體管的瞬時(shí)導(dǎo)通電阻和平均導(dǎo)通電阻，從而改變了流過串聯(lián)LED的電流。該電路中，需要注意兩個(gè)問題。首先，外部PWM信號的頻率為5kHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于125Hz內(nèi)部頻率；其次，外部PWM信號還調(diào)節(jié)了LED電流的直流分量。基于這兩個(gè)因素，可以避免雙PWM亮度調(diào)節(jié)通常存在的“競爭”問題。改變外部PWM信號的占空比，內(nèi)部PWM信號占空比范圍為0%至100%，外部控制始終有效。在不同的占空比組合中沒有出現(xiàn)“競爭”現(xiàn)象。

LED的流明一定范圍內(nèi)與其導(dǎo)通電流呈線性關(guān)系，圖6給出了MAX6948評估板上使用的Kingbright? WLED的流明與正向電流的對應(yīng)關(guān)系，在3.3Ω至30Ω之間調(diào)節(jié)RB電阻，產(chǎn)生30mA至3.3mA的正向電流。如圖6所示，在3mA至30mA電流范圍內(nèi)，電流與流明之間近似為線性關(guān)系。外部PWM信號占空比為0%時(shí)，對應(yīng)于3mA電流的亮度；外部PWM信號占空比為100%時(shí)，對應(yīng)于30mA電流的亮度。這些結(jié)果基于內(nèi)部PWM信號完全導(dǎo)通而得出。通過I2C命令開啟器件內(nèi)部PWM功能時(shí)，可以將亮度設(shè)置在較低水平。


圖6. 流明與電流的對應(yīng)關(guān)系 US$80.76