应用笔记 3509

使用MAX6958/MAX6959 LED驱动器实现单个LED的亮度控制


摘要 : 该应用笔记详细说明了如何使用MAX6958和MAX6959 LED显示驱动器实现象素级(单个LED)亮度控制。该技术增强了这些驱动器内置的64级整体(一次调整所有LED)亮度控制功能。

介绍

MAX6958和MAX6959 LED显示驱动器采用6位PWM (64级)亮度控制技术,同时调节所有点亮LED的平均电流。该应用笔记讨论了如何扩展MAX6958和MAX6959的功能,从而实现单独的象素级(LED)控制。

平均LED电流方式下的多路复用LED驱动器连接方法

MAX6958和MAX6959是4位、9段LED驱动器,使用了一种较少引脚数量的多路复用技术(Charlieplexing—技术细节,请参考应用笔记1880:"Charlieplexing – Reduced Pin-Count LED Display Multiplexing"),驱动36段仅使用10个驱动引脚(表1)。如表1所示,MAX6958/MAX6959引脚和LED位的连接方法不同于标准连接方法。根据多路复用周期的不同时隙,引脚4至7充当共阴级驱动器或者阳极驱动器。

表1. MAX6958/MAX6959标准驱动器连接方法
  DIG0/SEG0 DIG1/SEG1 DIG2/SEG2 DIG3/SEG3 SEG 4 SEG 5 SEG 6 SEG 7 SEG 8 SEG 9/IRQ
LED Digit 0 CC0 SEG 0 SEG g SEG f SEG e SEG d SEG c SEG b SEG a SEG 4
LED Digit 1 SEG 1 CC1 SEG g SEG f SEG e SEG d SEG c SEG b SEG a SEG 5
LED Digit 2 SEG g SEG f CC2 SEG 2 SEG e SEG d SEG c SEG b SEG a SEG 6
LED Digit 3 SEG g SEG f SEG 3 CC3 SEG e SEG d SEG c SEG b SEG a SEG 7

MAX6958/MAX6959采用四路复用驱动方案,轮流驱动四组LED的阴极,每组包括九个LED。四组LED分别称为第0位、第1位、第2位和第3位。LED第0位至第3位的四个阴极连接点对应表1的CC0至CC3,LED阳极连接点以SEG为前缀。正常多路复用工作方式下,CC0至CC3阴极输出依次轮流变低,每位顺序使能四分之一周期。

6位(64级) PWM整体亮度控制功能调节LED的平均电流(从而调节亮度)。这是通过在它们的复用时隙内调节CC0至CC3阴极输出打开的实际时间实现的。加载到CC0至CC3阴极输出的PWM值相同,未对每一个阳极驱动器的恒流源进行单独调节。因此,所有LED的亮度都是统一调节的。

实现单独LED亮度控制

在许多应用中,突出显示特定LED是非常有用的。闪烁即是实现突出显示的一种方法,光标经常采用闪烁的方法来突出显示它们的位置。突出显示的另一种好办法是使这些LED段比其它LED更亮。若使用以上所述的MAX6958/MAX6959标准复用结构,后一种办法是行不通的。

实现LED段单独亮度控制的一种简单方法是允许LED驱动时间超过一个复用周期,即双驱动。图1说明了这一点,即由通常的LED第0位和第1位两个位控信号来驱动单个、7段加小数点数码管位。注意图1是不完整的。LED第2位和LED第3位没有画出来;它们可以是另一个单独位,或者是标准方式下的两个位。

图1. 驱动一位数码管并具有2级独立亮度控制功能的MAX6958/MAX6959连接方式
图1. 驱动一位数码管并具有2级独立亮度控制功能的MAX6958/MAX6959连接方式

图1所示的双驱动位驱动时间为两个复用周期,而不是通常的一个周期。此时,二极管D1和D2控制两个阴极驱动器,无论CC0还是CC1变低作为阴极驱动器,都是对相同的LED进行操作。因为单个双驱动位取代了两个标准驱动位,它由两个位寄存器控制(第0位和第1位,分别对应0x20和0x21),而不是仅由一个位寄存器控制。每个LED由两个比特(每个位寄存器一个比特)而不是一个比特表示。如果两个比特都清零,那么该LED关闭。如果仅一个比特置位而另一个比特清零,则LED以标准亮度打开。如果两个比特都置位,则LED以两倍标准亮度打开。因此每个LED都有两个亮度设定值而不是一个。以标准方式连接的LED,如SEG0和SEG1,只能设定为标准亮度。由于二极管D1和D2在四分之一的时间内为8个LED的每一个流过20mA电流,所以二极管的额定峰值电流必须达到160mA,平均电流达到40mA。

图1的连接方式有得有失。这里MAX6958/MAX6959驱动的位数减少了,因为具有两种亮度设定值的每个LED都需要两个“标准”LED的驱动能力。要使每个象素具有两种亮度设定值,MAX6958/MAX6959只能驱动两个7段数码管位,而不是只具有标准开/关控制功能的四位。但对于只有几个LED需要亮度控制的场合,该技术仍然非常有效和经济。图2所示为单个LED采用双驱动方案,只需牺牲一个LED的驱动能力。二极管对D3只需为一个LED流过20mA电流,峰值为20mA。所以可以使用低成本的信号二极管对。

图2. 只有一个LED具有2级独立亮度控制功能的MAX6958/MAX6959连接方式
图2. 只有一个LED具有2级独立亮度控制功能的MAX6958/MAX6959连接方式

实现独立LED亮度控制的另一种连接方式

也可以由一个二极管替代背靠背LED SEG0和SEG1以实现2级亮度控制。如图3所示,二极管桥对背靠背驱动电流进行整流。由于此时两个二极管串连在LED电流通路中,需选用小信号肖特基二极管以减小电压降。

图3. 只有一个LED具有2级独立亮度控制功能的另一种MAX6958/MAX6959连接方式
图3. 只有一个LED具有2级独立亮度控制功能的另一种MAX6958/MAX6959连接方式
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