通过MAX25510和MAX25511实现混合调光

摘要:

本应用笔记概述了调节LED背光驱动器设备电流的两种不同方法,并详细讨论了使用MAX25510和MAX25511的情况,这两款器件支持两种方法结合使用。

简介

本应用笔记介绍了对背光高亮度LED驱动器施加调光信号的不同方法。具体而言, MAX25510MAX25511 是独立的峰值电流模式控制LED驱动器,可驱动多达四个LED灯串;四个集成电流输出各自具有高达120mA的灌电流能力,并且LED电流值可通过真正的脉宽调制(PWM)调光、模拟调光或两者的组合(即混合调光)进行连续调节。

MAX25510和MAX25511的典型应用电路如图1所示。

真正的PWM和模拟调光功能可通过向上述器件的DIM和ADIM引脚分别注入具有适当频率和所需占空比的方波信号来激活。混合调光表示结合使用前两种方法,有助于减少电磁干扰(EMI),提高调光比,并降低应用中的音频噪声。

下文简要介绍了PWM调光、模拟调光和混合调光的优缺点

Typical MAX25510-MAX25511 application circuit (boost topology)高分辨率图像 ›
图1.典型的MAX25510-MAX25511应用电路(升压拓扑)。

真正的PWM调光

真正的PWM调光会强制LED按照调光信号的程控频率和占空比来点亮和熄灭。由于LED的峰值电流在整个调光范围内保持恒定,因此没有色温的变化,而且可以实现非常低的最低亮度水平,而不会造成光输出量的巨大误差。

这种方法在高亮度状态下效果较差,因为当LED电流开启时,电路中的电阻元件会产生较高的传导损耗,从而影响效率与负载电流的关系。此外,如果使用陶瓷电容,会在输出端产生相当大的开关噪声;如果PWM信号的频率在可听范围内,这样会产生声学噪声(请参阅 应用笔记7060:如何降低MAX20444应用中与PWM相关的声学噪声 ,了解减少音频噪声的方法)。

MAX25510和MAX25511会跟踪DIM引脚上的外部PWM调光输入,并可提供最小导通时间为300ns的输出脉冲。PWM调光频率可以在100Hz到对调光比没有太大影响的值范围内。

模拟调光

模拟PWM调光涉及到获取PWM输入并将其转换为模拟控制信号。LED峰值电流值会按照一定因数线性降低,具体因数取决于所施加信号的占空比。

从减少噪声的角度来看,这种调光方法是有益的,因为LED电流始终是连续的,并且消除了因输出陶瓷电容在高亮度下的振动而产生声学噪声的任何可能性。由于传导损耗较低,在较低的亮度水平下,效率与负载电流的关系会得到改善。

另一方面,当LED采用纯电流控制时,其最小亮度水平受到LED非线性的限制。因此,如果不降低分辨率,就无法提供非常小的电流值。

MAX25510和MAX25511通过在ADIM引脚处接收具有可变占空比的方波信号(10kHz–100kHz频率范围),来实现上述模拟调光功能。图2显示了ADIM设置和LED电流之间的关系(0%占空比对应于最大LED电流)。ADIM信号会在内部转换为一个8位字,后者可转换为256个亮度等级。

Analog dimming operation on MAX25510 and MAX25511图2.MAX25510和MAX25511上的模拟调光操作。

混合调光

混合调光通过将LED电流控制分为两部分,将模拟调光和PWM调光的优势结合在一起。具体来说,混合调光的优势如下:

  • 由于PWM调光时电流振幅较小,因此EMI较低
  • 使用陶瓷输出电容时,音频噪音更低
  • 调光比更高

在高亮度区域,LED电流在最大显示亮度水平和预先设定的电流阈值之间呈线性变化。低于此阈值时,PWM调光允许在调制信号占空比以控制亮度的同时,保持相同的预设峰值电流。

图3显示了应用于MAX25510和MAX25511的通用混合调光案例。当最大LED电流以“X”的因数减少,并且模拟调光占空比相应地以“100*(X-1)/X”的因数增加时,便会从模拟调光转换到PWM调光。在转换之前,PWM调光的占空比保持在100%,而在转换之后,它可以在100%和0%之间任意取值。

Hybrid dimming operation on MAX25510 and MAX25511图3.MAX25510和MAX25511上的混合调光操作。

通过同时使用DIM和ADIM输入可以在MAX25510和MAX25511上实现混合调光。需要两个不同的PWM信号:一个控制标准的PWM调光(连接到DIM引脚),另一个连接到ADIM引脚,用于将LED峰值电流设置为0%到100%。

下面的用例中通过一个安装了MAX25511 IC的MAX25512 EV套件展示了混合调光操作。通过向ADIM引脚施加占空比为0%至67%的10kHz方波信号,同时在DIM引脚上施加保持1kHz、100%占空比的方波信号,将每串100mA的最大LED电流线性降至33mA。当达到33mA断点水平时,DIM上信号的占空比降低,以通过PWM调光控制LED亮度。

图4显示了MAX25511的工作电路和实际的外部元件值。该器件配置为禁用移相功能。

MAX25511 operating circuit for hybrid dimming testing (boost topology)高分辨率图像 ›
图4.用于混合调光测试的MAX25511工作电路(升压拓扑结构)。

以下示波器截图(图5图8)中展示了在评估套件上进行的基准平台测试结果,其中显示了模拟调光和PWM调光之间切换过程的不同阶段。

MAX25511 – ADIM duty cycle = 0%, DIM duty cycle = 100%, ILED_total = 400mA图5.MAX25511 – ADIM占空比 = 0%、DIM占空比 = 100%且ILED_total = 400mA。

MAX25511 – ADIM duty cycle = 67%, DIM duty cycle = 100%, ILED_total = 132mA图6.MAX25511 – ADIM占空比 = 67%,DIM占空比 = 100%且ILED_total = 132mA。

MAX25511 – ADIM duty cycle = 67%, DIM duty cycle = 90%, ILED_total (peak) = 132mA图7.MAX25511 – ADIM占空比 = 67%,DIM占空比 = 90%且ILED_total(峰值)= 132mA。

MAX25511 – ADIM duty cycle = 67%, DIM duty cycle = 10%, ILED_total (peak) = 132mA图8.MAX25511 – ADIM占空比 = 67%,DIM占空比 = 10%且ILED_total(峰值)= 132mA。

表1总结了先前用例中ADIM和DIM设置导致的相对LED亮度变化。

表1.MAX25511上ADIM和DIM设置之间断点后的相对LED亮度变化。

ADIM设置(%) DIM设置(%) 相对LED亮度(%)
0 100 100
67 100 100 x 1/3 x 1 ˜ 33.3
67 90 100 x 1/3 x 9/10 = 30
67 10 100 x 1/3 x 1/10 ˜ 3.33

表2给出了相对亮度以及LED总电流和相关ADIM和DIM设置的更多示例。

表2.MAX25511在不同ISET电流下的ADIM/DIM设置和相关LED亮度。

RISET (?) ILED_total_peak (mA) ADIM设置(%) DIM设置(%) 相对LED亮度(%)
12.5k 480 0 100 100
240 50 50 100 x 1/2 x 1/2 = 25
48 90 25 100 x 1/10 x 1/4 = 2.5
15k 400 0 100 100
100 75 50 100 x 1/4 x 1/2 = 12.5
80 80 25 100 x 1/5 x 1/4 = 5
25k 240 0 100 100
120 50 60 100 x 1/2 x 3/5 = 30
60 75 30 100 x 1/4 x 3/10 = 7.5

结论

本应用笔记旨在概述背光LED驱动器中使用的三大类PWM调光,并介绍MAX25510和MAX25511如何通过在专用引脚上施加真正的PWM调光信号和模拟调光信号来控制LED电流。通过利用这种架构,可以混合使用两种调光方法,从而实现混合调光。

有关更多详细信息,请参阅 MAX25510/MAX25511 数据手册和 MAX25512 EVKIT 数据手册。