Control de las luces individuales en los faros de matriz con un controlador integrado de 8 interruptores sin parpadeo

Los LED combinan la flexibilidad del diseño con circuitos prácticos y robustos, lo que permite a los diseñadores de automóviles producir diseños de faros llamativos combinados con una vida útil y un rendimiento excepcionales. Los diseñadores de automóviles están incorporando luces en la iluminación cada vez más, porque se pueden organizar en diseños específicos que atraen la atención, ayudando a distinguir los modelos nuevos de los antiguos, o en el extremo superior de un presupuesto.

No hay duda de que la iluminación LED automotriz ha llegado, pero aún tiene que alcanzar su máximo potencial. Los modelos futuros tendrán más LED, incluidas nuevas formas y colores, y más control sobre los LED individuales. Simples cadenas de luces LED darán paso a matrices de LED que se pueden atenuar individualmente mediante control por computadora, lo que permite un control ilimitado en tiempo real de modelos y animaciones. El futuro ha llegado: el controlador LED de la serie LT3965 de Linear Technology facilita dar el siguiente paso en el diseño de iluminación automotriz.

El diseño básico de un faro LED funciona con una corriente LED uniforme y, por lo tanto, con un brillo uniforme. Pero eso deja mucho potencial LED sobre la mesa. Los faros Matrix aprovechan las capacidades inherentes de los LED al permitir que se controle el brillo de las luces individuales en las cadenas de LED.

No es difícil, en teoría, abordar los LED individuales en una matriz a través de interruptores de alimentación controlados por computadora, lo que permite encender o apagar los LED individuales, o atenuar PWM, para crear modelos y funciones únicos. Cada LED (o segmento de LED) necesita su propio convertidor o interruptor de alimentación de derivación. Se puede construir un controlador de matriz con circuitos integrados de controlador/convertidor tradicionales que incluyen capacidad de comunicación en serie, pero cuando se requieren más de dos o tres interruptores para una matriz de LED, se vuelve difícil diseñar una solución de componentes discretos, lo que implica una matriz de componentes que excede el tamaño de la matriz LED.

El LT3965 I²El atenuador LED de matriz C de 8 interruptores facilita el control de matrices LED grandes o pequeñas (hasta 512 LED). La Figura 1 muestra el LT3965 en acción en un circuito de pantalla Linear DC2218.

Su diseño altamente integrado (Figura 2) reduce el número de componentes. Los canales direccionables individuales del LT3965 se pueden usar para controlar conjuntos de LED de muchas maneras, que incluyen:

• Cada LT3965 puede controlar ocho canales de atenuación (ocho LED u ocho grupos) en una cadena de LED.
• Los ocho canales pueden controlar la luz individual roja, verde, azul y blanca en dos módulos LED RGBW para el brillo ajustable o el cambio de color del panel o la iluminación de corte.
• Se pueden direccionar varios LT3965 individualmente en un solo bus de comunicación para multiplicar las cadenas en una red grande.
• El LT3965 puede controlar varios LED por canal, o los canales se pueden combinar para controlar de manera eficiente un solo LED con una corriente más alta.

Cuando se combina con un controlador LED de corriente constante apropiado, el controlador de atenuación LED Matrix permite que las luces individuales sean controladas por computadora en los faros delanteros, las luces de circulación diurna, las luces traseras y de freno, las luces de circulación, las luces laterales, la pantalla del tablero y las luces de inicio. Otro ajuste. La detección automática de fallas LT3965 protege los LED individuales en caso de falla e informa las fallas al microcontrolador.

El LT3965 de 60 V incluye ocho interruptores de alimentación integrados de 330 mΩ, que se pueden conectar a uno o más LED. Los interruptores de alimentación actúan como dispositivos de derivación apagando los LED o atenuando PWM en un canal en particular. Los interruptores crean ocho canales de brillo controlados individualmente (relación de atenuación de 256:1) y ocho segmentos de cadena de LED continuos.

El LT3965 puede manejar una corriente de cadena de 500 mA cuando los ocho interruptores de alimentación están encendidos al mismo tiempo (todos los LED apagados). Los interruptores se pueden conectar en paralelo y operar a 1A a través de cuatro canales LED, como se muestra más adelante en este artículo. Independientemente de la cantidad de LED o la corriente, la cadena de LED debe ser impulsada por un convertidor diseñado correctamente que tenga el ancho de banda para manejar los cruces rápidos del atenuador de matriz. En este artículo se incluyen varios diseños de referencia.

Los ocho interruptores de alimentación de derivación del LT3965 controlan el brillo de ocho canales LED a 500 mA. El voltaje de la cadena del sistema Matrix Dimmer de 8 LED puede estar entre 0 V y 26 V, dependiendo de cuántos LED estén encendidos o apagados en un momento dado. La topología de convertidor recomendada para controlar estos LED es un convertidor reductor de 30 V con gran ancho de banda y poco o ningún capacitor de salida. Esta topología reductora requiere que la entrada automotriz de 9 V-16 V sea "reforzada previamente" en un riel de 30 V desde el cual pueden operar los reguladores reductores.

El controlador LED de salida triple LT3797 sirve convenientemente como una solución IC única para aplicaciones de preamplificación e inmersión. Se puede configurar como un regulador de voltaje elevador en un canal, seguido de controladores LED reductores. en los otros dos canales. Cada uno de los dos controladores LED reductores puede controlar una cadena de LED regulables de matriz. Esta topología tiene varias ventajas, incluso si los voltajes de la cadena de LED están por encima o por debajo del voltaje de la batería, el circuito continúa funcionando de manera óptima.

La Figura 3 muestra el esquema de la placa de visualización que se muestra en la Figura 1, un sistema de faros con atenuación matricial LT3797 y LT3965 en modo boost y luego dual con 16 LED a 500 mA. Cada LED se puede controlar individualmente para que esté encendido, apagado o PWM atenuado a 1/256 de brillo. La frecuencia de conmutación de 350 kHz del LT3797 está fuera de la banda AM (buena para EMI) y la frecuencia de atenuación PWM de 170 Hz resultante del LT3965, generada a partir del mismo reloj de 350 kHz, está por encima del rango visible. Cuando el sistema está correctamente sincronizado, los faros de matriz LT3797 y LT3965 funcionan sin parpadeo.

Los convertidores de modo reductor LT3797 están optimizados para una conmutación extremadamente rápida con poco o ningún condensador de salida y bucles de control debidamente compensados. Estos convertidores de ancho de banda >30kHz aceptan cruces de LED rápidos cuando los LED están apagados y el PWM se atenúa a voluntad. Un condensador de filtro colocado a través de la resistencia de detección de LED reemplaza un polo en el sistema de control que se pierde cuando el condensador de salida se reduce o elimina para el rápido rendimiento transitorio del atenuador de matriz.

Se utiliza una bomba de nodo de conmutación para alimentar el LT3965 V_EN más pin de 7V por encima del LED⁺ Voltaje para permitir que el NMOS del canal superior mejore completamente cuando se conduce. La R baja_DS(AR) Los interruptores NMOS del LT3965 permiten una operación de alta potencia sin calentar el IC, incluso cuando los ocho interruptores de derivación están activados, apagando toda la cadena de LED. En este caso, el controlador LED LT3797 sobrevive felizmente a la salida virtual corta creada por los ocho interruptores de derivación y está listo para regular rápidamente 500 mA a través del siguiente LED encendido.

El circuito de demostración DC2218 (Figura 1) representa el sistema que se muestra en la Figura 3 y opera un faro de matriz con I conectado²Microcontrolador C a través de DC2026, el Linduino^™ Circuito de visualización. DC2218 tiene un código de serie de hasta 400 kHz, que actúa como un gran escudo Linduino, que genera diferentes patrones de faros e interactúa con la interfaz gráfica de usuario de Linear Technology (Figura 4).

En la GUI que se muestra en la Figura 4, las funciones de protección contra fallas y el brillo del LED se pueden examinar con los comandos ALL CHANEL MODE y SINGLE CHANEL MODE, así como también con los comandos de lectura y escritura CHECK FAULT para verificar si hay LED abiertos y en cortocircuito. El funcionamiento sin parpadeo, la protección contra fallas y el funcionamiento transitorio se pueden examinar con este sistema de circuito de visualización. DC2218 se puede conectar directamente a una fuente de 12 V CC y se puede controlar mediante una PC que ejecuta la GUI o se puede reprogramar desde una simple conexión USB.

El LT3965 se puede utilizar para controlar conjuntos de LED de canal 1A. Es fácil conectar los interruptores de alimentación LT3965 en paralelo para que dos interruptores de alimentación compartan 1A de corriente LED y cada LT3965 controle cuatro canales de 1A. Una forma de usar los interruptores de alimentación en paralelo para una corriente más alta es operar cada uno de los interruptores en paralelo en oposición de fase solo durante el 50 % del período de PWM. Cambiando y ejecutando 1A a través de un solo interruptor de alimentación NMOS durante la mitad del tiempo, el calentamiento efectivo es aproximadamente equivalente a ejecutar 500mA a través del mismo NMOS todo el tiempo.

La Figura 5 muestra un sistema de faros de matriz 1A que usa ocho LED impulsados ​​por dos LT3965 y otro LT3797 en modo boost y luego dual. Cuando se atenúa PWM, el LT3797 usa una fase única de 1/8 de ciclo de los ocho interruptores, como se muestra en la Figura 6. En este sistema de matriz 1A, los canales LT3797 se combinan en pares paralelos, por lo que los canales se emparejan en grado de oposición, 180 .° aparte; emparejando específicamente los canales 8 y 4, 7 y 3, 6 y 2, y 5 y 1. Los canales paralelos alternan la derivación, duplicando efectivamente la frecuencia PWM, para derivación de corriente y disipación de calor. Para que esto funcione correctamente, el ciclo de trabajo máximo para un solo interruptor de potencia de derivación es del 50 %, debido a dos interruptores antifase en El 50% del tiempo (cada LED en derivación el 50% del tiempo) el LED se enciende detenido 100% del tiempo.

Cada LT3965 controla el brillo de cuatro LED de 1A controlados por dos canales LT3797 en modo reductor de 1A (desde el canal de 20 V potenciado por el LT3797). Este resistente sistema de alta potencia se puede ampliar para controlar más LED con más LT3965 o LED de mayor corriente con más canales al mismo tiempo. Se pueden controlar dos LED por canal a 1A y aumentar la potencia de este sistema flexible de faros.

El LT3965 puede admitir de uno a cuatro LED por canal. Aunque puede ser ventajoso controlar cada LED individualmente para protección contra fallas o patrones de alta resolución, esto no siempre es necesario. El uso de más de un LED por canal reduce la cantidad de sumideros de matriz en un sistema y es suficiente para lograr los patrones o la atenuación necesarios para algunos diseños. Las partes de los faros, las luces de señalización y las luces traseras pueden tener hasta cuatro LED con el mismo brillo. Las luces de emergencia LED pueden tener conjuntos de tres y cuatro LED que parpadean y ondean en el mismo patrón.

El circuito de la Figura 7 muestra un sistema de dos LED por canal: tiene la misma cantidad de LED que el circuito de la Figura 3, pero usa solo un atenuador de matriz LT3965 en lugar de dos.

Cuando yo²El comando C le dice al LT3965 que encienda, apague o atenúe un canal, afecta los dos LED controlados por el interruptor de alimentación de derivación de ese canal. Para mantenerse dentro de los límites de voltaje del LT3965, los 16 LED a 500 mA aún deben dividirse en dos filas de LED como en la Figura 2. Se puede usar el mismo circuito LT3797 en la Figura 2, pero solo el LT3965 controla el brillo. de las dos cuerdas. Esto muestra cómo cada interruptor de alimentación de derivación NMOS dentro del LT3965 se puede configurar independientemente de los demás, lo que permite una variedad infinita de diseños de matriz.

el yo²El conjunto de instrucciones LT3965 C incluye comandos de 1, 2 y 3 palabras. Estos comandos se envían a través de la línea de datos en serie (SDA) en paralelo con la línea de reloj maestra generada (SCL) a una velocidad de hasta 400 kHz. El microcontrolador maestro envía comandos para escribir en modo de todos los canales (ACM) o modo de un solo canal (SCM) para controlar el brillo, la fase, el umbral de circuito abierto y el umbral de cortocircuito de los canales LED y las direcciones del LT3965.

Los comandos del modo de transmisión de lectura (BCM), ACM y SCM requieren que los LT3965 informen el contenido de sus registros, incluidos los registros abiertos y cortos para el diagnóstico de fallas. El LT3965 muestra un indicador de ALERTA cuando ocurre una nueva falla. El micro puede responder a la falla determinando qué LT3965 informó la falla, así como el tipo y el canal de la falla. En el caso de que varios IL LT3965 informen fallas, los LT3965 pueden secuenciar el informe de fallas al maestro para evitar la superposición de errores. Esto hace que el sistema de alerta y respuesta sea fiable y decisivo. En el folleto LT3965 se proporciona una lista completa de programas y conjuntos de comandos.

Los comandos de escritura ACM habilitan o deshabilitan inmediatamente los ocho canales de una sola dirección LT3965 con solo dos I²C-words: activa o desactiva los canales al mismo tiempo. Encender o apagar una gran cantidad de LED dará como resultado un gran paso de carga de voltaje para el convertidor CC/CC. Los convertidores presentados aquí manejan estas transiciones con gracia, con poco o ningún capacitor de salida y un gran ancho de banda.

Como se muestra en la Figura 8, escribir un ACM que cambia una gran cantidad de LED no produce ningún parpadeo visible ni transitorios significativos en la corriente de LED de los otros canales. El convertidor de modo reductor de ancho de banda amplio construido alrededor del LT3797 es la razón de estos transitorios pequeños y controlados.

Las escrituras en modo de un solo canal producen cruces de un solo LED relativamente pequeños y rápidos. Las escrituras SCM se utilizan para configurar el brillo de un canal a la vez en ON, OFF o PWM con o sin atenuación. Los valores de atenuación de PWM entre 1/256 y 255/256 se expresan en escrituras de 3 palabras y ON y OFF se pueden expresar en comandos más cortos de 2 palabras. Desvanecimiento leve en uno Un solo comando de escritura SCM permite que el LT3965 se mueva entre dos niveles de atenuación PWM con desvanecimiento logarítmico determinado internamente y sin I adicional²Comentario C. Los umbrales abiertos y cortos de cada canal se pueden configurar de uno a cuatro LED con comandos de escritura SCM.

Una ventaja fundamental del atenuador de matriz es la protección contra cortocircuitos y circuitos abiertos. Un interruptor de alimentación NMOS puede desviar cada canal de una a cuatro filas de LED. Las cadenas de LED convencionales están protegidas contra la apertura o el cortocircuito de toda la cadena y algunos circuitos integrados solo tienen indicadores de salida de diagnóstico para indicar estas condiciones de falla. Por el contrario, el LT3965 protege contra, y crucescortes y se abre un solo canal, manteniendo los canales operativos activos y funcionando mientras se registran e informan las condiciones de falla.

Cuando ocurre una falla en un cable, el LT3965 detecta la falla y establece su indicador de ALERTA, diciéndole al microcontrolador que hay un problema que debe solucionarse. Si la falla es un circuito abierto, el LT3965 encenderá automáticamente su interruptor de alimentación NMOS correspondiente, sin pasar por el LED defectuoso hasta que se realice un diagnóstico completo o hasta que se elimine la falla.

El LT3965 mantiene registros de falla abiertos y cortos para cada canal y devuelve datos al microcontrolador durante I²Comandos de lectura de fallas C. El conjunto de comandos de lectura incluye aquellos que dejan el registro de estado sin cambios y aquellos que borran los registros de fallas, lo que permite diagnósticos de fallas programables por el usuario. Los programas se pueden leer en los diferentes métodos autorizados para escrituras, SCM, ACM, BCM:

• La lectura del modo de canal único (SCM) envía los bits de registro abierto y corto para un canal. Las lecturas de SCM también verifican el registro de umbral abierto y corto, el control de modo y el valor de atenuación PWM de 8 bits para ese canal.
• El modo de todos los canales (ACM) lee los bits de registro abiertos y cortos para cada canal en una dirección determinada sin borrar los bits, así como los bits de activación y desactivación de ACM para los ocho canales.
• En sistemas más complejos donde hay muchos atenuadores de matriz LT3965 que comparten el mismo bus, el modo de transmisión (BCM) lee primero las consultas afirmadas por la dirección LT3965, si las hay, el indicador de falla.
• Las lecturas de ACM y SCM se pueden usar para verificar y borrar fallas y leer todos los programas para strong I²Sistema de comunicación C.

Cada LT3965 tiene cuatro bits de dirección seleccionables, lo que permite 16 direcciones de bus únicas. Todo ACM y SCM I²El comando C se envía al bus de comunicación compartido, pero la acción solo la realiza el LT3965 al que se dirige. Todos los circuitos integrados en el bus siguen los comandos BCM. La arquitectura permite un microcontrolador y una dirección de 4 bits²C Bus de comunicación de 2 líneas para admitir hasta 8 × 16 = 128 canales controlables individualmente. Con el LT3965, para todas las pantallas de iluminación excepto las más ambiciosas, todos los LED individuales en los faros delanteros, traseros y embellecedores del automóvil se pueden controlar con un solo I.²Solo bus de comunicación C y microcontrolador. Dado que cada canal se puede conectar hasta a cuatro LED, un sistema relativamente fácil de implementar puede admitir una atenuación matricial de hasta 512 LED.

El atenuador LED Matrix LT3965 controla ocho canales de brillo LED en una cadena de LED, brindando a los diseñadores de iluminación acceso sin restricciones a diseños de iluminación automotriz sofisticados y sorprendentes. el yo²Una interfaz de comunicación C permite que el microprocesador controle el brillo de los LED individuales en la cadena. Protección contra fallas en I²La interfaz C asegura la robustez del sistema de iluminación LED. Los canales de atenuación Matrix son versátiles: cada canal puede controlar múltiples direcciones; los canales se pueden combinar para admitir LED de mayor corriente; o se pueden producir sistemas avanzados de conteo de LED con hasta 16 circuitos integrados de atenuación de matriz en el mismo bus de comunicación. Dé el siguiente paso en el diseño de faros, luces traseras, luces delanteras, luces laterales, tablero y molduras para automóviles: el futuro está aquí.