矩阵式 LED 调光器助力实现色彩鲜艳亮丽的 LED 灯

图 3：PWM 调光占空比在 0/256 – 256/256 之间变化时，对红、绿、蓝和白光亮度的控制情况。PWM 调光占空比由矩阵式 LED 调光器控制，该调光器与 LT3952 升压-降压型 LED 驱动器配对使用，如图 5 所示。

采用带宽非常大 (>40kHz) 的降压型转换器 LED 驱动器时，直至 1/256 PWM 调光范围的准确度都可改善，但是要这么做，或者需要增加另一个升压型转换器，以提供一个稳定和高于 30V 的输出电压，因而增加了成本，或者需要一个高于 30V 的输入电压源。除非在极低光输出时必须提供非常高的准确度，否则没什么理由额外增加一个转换器，而放弃图 5 中通用、简单和尺寸紧凑的升压-降压型转换器。

这里描述的矩阵式调光 RGBW LED 色彩混合器系统实现了非常宽的色域，如图 4 所示。增加额外的颜色，例如琥珀色，还可以进一步扩展色域。RGBWA LED 串 (包括一个琥珀光 LED) 可以产生 RGBW LED 串无法产生的深黄色和深橘黄色。这些 LED 也可以用矩阵式调光器驱动，不过与 8 通道矩阵式调光器很好匹配的是两个 RGBW LED。

图 4：RGB LED 串提供很宽的色域。简化色彩混合算法的方式之一是增加白光 LED。在有些混合方法中，白光 LED 用来改变饱和度，同时用红光、绿光和蓝光 LED 设定色彩。

LT3965 的 256 级调光方法非常容易对应于典型的 RGB 着色程序和常见的色彩混合算法。例如，如果打开一个标准的 PC 着色程序就会看到，色彩混合是通过 256 个值的 RGB 系统完成的，如图 6 所示。再比如，图 2 中的 LED 电流波形用一个 RGBW 矩阵式 LED 系统产生紫色光，而这个矩阵式 LED 系统是由基本 PC 着色程序控制的。由于本文描述的设计方案产生准确的电流驱动和 PWM 控制，因此可以通过调节各个 LED 的占空比，按照预期对RGBW LED串进行色彩校准，从而可简便地抵消固有的 LED 亮度变化。

图 5：LT3965 矩阵式 LED 调光器与 LT3952 升压-降压型 LED 驱动器一起使用，控制两个 500mA RGBW LED 串中各个 LED 的色彩，以串行通信方式控制色彩和照明图案。

(6a)

(6b)

(6c)

图 6：用标准 PC 色彩选择器可以选择色彩。矩阵式调光器使用的 256 个值 (0 - 256) 可以与典型 RGB 系统中使用的 0 – 255 对应。例如，RGB (128、10、128) 产生紫色光。如以上照片中所见，矩阵式调光器可以使一个真实的 RGBW LED 串产生预期色彩，从而简化照明设计师的工作。(6a) 选择一种颜色。(6b) 使 RGB 值与 LT3965 LED 矩阵式调光器的调光比相对应。(6c) 用 PC 设定调光比的值，之后可以看到结果。

采用升压-降压型驱动器的矩阵式 LED 色彩混合器

矩阵式调光器需要合适的 LED 驱动器，以能够用多种输入给 8 个 LED 组成的 LED 串供电，例如标准 12V ±10% 电源、9V 至 16V (汽车电池) 或 6V 至 8.4V (锂离子电池)。这类驱动器解决方案之一是 LT3952 升压-降压型 LED 驱动器，从输入至 LED，该解决方案既可升高也可降低电压，同时提供低纹波输入和输出电流。在该器件的浮置输出拓扑中，输出电容器很小或没有输出电容器，因此在以接通断开方式对各个 LED 进行 PWM 调光以控制色彩和亮度时，该器件能够快速响应 LED 电压的变化 (图 2)。

图 5 所示的 LT3952 500mA 升压-降压型 LED 驱动器与 8 开关矩阵式 LED 调光器 LT3965 以及两个 RGBW 500mA LED 串一起使用。当串联 LED 数量在 0 至 8 个范围内变化时，这种新的升压-降压型拓扑可以在 0V 至 25V 输出电压范围内顺畅地运行。串联 LED 的瞬时电压随时变化，怎样变化取决于，在任意给定瞬间，矩阵式调光器启动和禁止了哪些以及多少 LED。这个转换器 / 拓扑的 60V OUT 电压 (V_IN 和 V_LED 之和) 以及转换器占空比针对 6V 至 20V 的整个输入范围以及 0V 至 25V/500mA 的输出范围 (串联 LED 电压) 做出了规定。

矩阵式调光器用并联功率 MOSFET 对 LED 分流，以此控制 LED 亮度。无论是浮置输出升压-降压型 LED 驱动器还是矩阵式 LED 调光器，都不要求 LED 接地。只要 LT3965 的 V_IN 引脚连至 SKYHOOK，所有并联 MOSFET 都可以正常工作，电压至少比 LED+ 高 7.1V。SKYHOOK 电压可以由开关转换器构成的充电泵产生，也可以由一个稳定的电源提供，当然该电源电压要至少比预期的 LED+ 最高电压高 7.1V (在这种情况下，为 20V V_IN 最大值加上 25V LED 最大值)。采用 3mm x 2mm DFN 封装的纤巧 LT8330 升压型转换器产生 SKYHOOK 电压是个不错的选择。