THine Value 详细解说LED驱动器的作用。用方便使用的电子装饰用RGB LED驱动器来扩充产品阵容
2024.09.25
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LED驱动器是指用来驱动LED（发光二极管）的驱动电路（驱动器）。要使LED发光，需要同时施加特定的电压并提供电流。如果供电电流保持恒定，LED的亮度也会保持稳定不变。因此，LED驱动器的主要作用就是向LED提供恒定的电压和电流。
目前，LED驱动器已由多家半导体制造商产品化，产品数量非常庞大。然而，根据用途不同，LED驱动器可大致分为2种类型：一种是「照明用」,另一种则是「电子装饰用」。
本公司（THine Electronics）是已将LED驱动器产品化的半导体制造商之一。我们的产品特点在于皆为电子装饰用途（图1）。具体的应用范围包括娱乐设备、游戏厅游戏机以及数码广告标牌等。
目前，LED驱动器已由多家半导体制造商产品化，产品数量非常庞大。然而，根据用途不同，LED驱动器可大致分为2种类型：一种是「照明用」,另一种则是「电子装饰用」。
本公司（THine Electronics）是已将LED驱动器产品化的半导体制造商之一。我们的产品特点在于皆为电子装饰用途（图1）。具体的应用范围包括娱乐设备、游戏厅游戏机以及数码广告标牌等。
图1 电子装饰用LED驱动器
需要电源的照明应用
那么照明用和电子装饰用LED驱动器各自需要具备哪些性能和功能呢？接下来将详细介绍。
照明用LED驱动器顾名思义，就是专为照明器具或照明设备设计的；主要用于驱动白色LED。具体的应用范围包括家庭用照明设备、商业设施照明设备、店铺用照明设备、街道照明以及高天花板照明设备等。
照明用LED驱动器所需的性能和功能中，首先要提到的是「功率」。亮度较高的照明设备，就需向LED输送更大的电流。因此，市场上推出的照明用LED驱动器产品，能提供数安培的高驱动电流。
此外，调光（dimming）功能也是不可或缺的。调光是指调整LED亮度的功能。例如，可通过转动安装在墙上的旋钮或使用专用遥控器，来逐步調整LED的亮度。调光的主要实现方法有2种：其1是「模拟调光」：通过改变供给LED的电流大小来调整亮度；另1种是「PWM（Pulse Width Modulation）调光」：通过控制一段时间内LED的点亮时间和熄灭时间来调整亮度。如延长点亮时间，亮度就会增加；缩短点亮时间，则亮度会降低。决定点亮时间和熄灭时间长度的就是PWM信号。借由改变PWM信号的负荷比（开和关的时间比例），来进行亮度控制。
照明用LED驱动器顾名思义，就是专为照明器具或照明设备设计的；主要用于驱动白色LED。具体的应用范围包括家庭用照明设备、商业设施照明设备、店铺用照明设备、街道照明以及高天花板照明设备等。
照明用LED驱动器所需的性能和功能中，首先要提到的是「功率」。亮度较高的照明设备，就需向LED输送更大的电流。因此，市场上推出的照明用LED驱动器产品，能提供数安培的高驱动电流。
此外，调光（dimming）功能也是不可或缺的。调光是指调整LED亮度的功能。例如，可通过转动安装在墙上的旋钮或使用专用遥控器，来逐步調整LED的亮度。调光的主要实现方法有2种：其1是「模拟调光」：通过改变供给LED的电流大小来调整亮度；另1种是「PWM（Pulse Width Modulation）调光」：通过控制一段时间内LED的点亮时间和熄灭时间来调整亮度。如延长点亮时间，亮度就会增加；缩短点亮时间，则亮度会降低。决定点亮时间和熄灭时间长度的就是PWM信号。借由改变PWM信号的负荷比（开和关的时间比例），来进行亮度控制。
需要高视觉性能的电子装饰应用
另一方面，电子装饰用的LED驱动器专门用于驱动红色（R：Red）、绿色（G：Green）和蓝色（B：Blue）LED集成在一个包装內的「RGB LED」。精细地控制每个RGB的LED亮度，可以表现出各种颜色。这一特性可用于显示全彩影像或呈现复杂的视觉效果。具体的应用范围包括娱乐设备、游戏厅游戏机和数码广告标牌等（图2）。
电子装饰用LED驱动器必须的功能之一是使用具有地址(address)的串行通信实现多样化的即时效果。为了实现所需的显示效果和颜色，需要为每个RGB LED提供它们所需的电流。调整供给LED的电流时使用的是PWM调光功能；该PWM调光功能需要具备较宽的动态范围（供应电流的最大值和最小值之比）、细致的分辨率和高精确度的设定。
例如，分辨率的通常要求为8 Bit，也就是256阶。如果每个RGB LED的亮度都调整为256阶，则可以实现256×256×256、约1677万种颜色的全彩显示（图3）。当然，根据不同的应用需求，低于8 Bit的分辨率在某些情况下也是可以接受的。
图2 数码广告牌使用示意图
电子装饰用LED驱动器必须的功能之一是使用具有地址(address)的串行通信实现多样化的即时效果。为了实现所需的显示效果和颜色，需要为每个RGB LED提供它们所需的电流。调整供给LED的电流时使用的是PWM调光功能；该PWM调光功能需要具备较宽的动态范围（供应电流的最大值和最小值之比）、细致的分辨率和高精确度的设定。
例如，分辨率的通常要求为8 Bit，也就是256阶。如果每个RGB LED的亮度都调整为256阶，则可以实现256×256×256、约1677万种颜色的全彩显示（图3）。当然，根据不同的应用需求，低于8 Bit的分辨率在某些情况下也是可以接受的。
图3 RGB LED与全彩显示
现有产品（THL3512/THL3514）使用LVDS接口
如上所述，本公司已经将驱动RGB LED的电子装饰用LED驱动器商品化。
这款LED驱动器是与CPU组合使用的（图4）。CPU通过接口（例如：3式串行接口）向LED 驱动器输出指定颜色的数据信号和时钟信号。接收到这些信号后，LED驱动器会在內部电路中处理，并生成控制每个RGB LED亮度的PWM信号。这些PWM信号通过输出频道供给到RGB LED，从而使其发光，实现指定的颜色。
不过，娱乐设备、游戏厅游戏机和数码广告标牌等由于其本体（机箱壳）尺寸较大，通常会使用多个RGB LED。即使使用多个RGB LED，CPU也只会直接连接一个RGB LED。其余的RGB LED则会以串联方式或多点(Multidrop)方式连接（图5）。
现有的THL3512/THL3514具有适用于串联方式或多点方式接口连接的特点。具体来说，它采用了2对LVDS接口（2线式串行LVDS）。由于LVDS采用差动传输方式，因此有着在抗共模干扰方面具有较高耐性这一显著的优点。
这款LED驱动器是与CPU组合使用的（图4）。CPU通过接口（例如：3式串行接口）向LED 驱动器输出指定颜色的数据信号和时钟信号。接收到这些信号后，LED驱动器会在內部电路中处理，并生成控制每个RGB LED亮度的PWM信号。这些PWM信号通过输出频道供给到RGB LED，从而使其发光，实现指定的颜色。
图4 电子装饰用LED驱动器的连接范例
不过，娱乐设备、游戏厅游戏机和数码广告标牌等由于其本体（机箱壳）尺寸较大，通常会使用多个RGB LED。即使使用多个RGB LED，CPU也只会直接连接一个RGB LED。其余的RGB LED则会以串联方式或多点(Multidrop)方式连接（图5）。
图5 串联连接与多点连接
现有的THL3512/THL3514具有适用于串联方式或多点方式接口连接的特点。具体来说，它采用了2对LVDS接口（2线式串行LVDS）。由于LVDS采用差动传输方式，因此有着在抗共模干扰方面具有较高耐性这一显著的优点。
扩大产品阵容（THL3526）
不过LVDS接口也存在一些缺点。由于采用差动传输方式，相较于单端传输，所需的配线数量会增加。虽然「抗共模干扰能力强这点虽然很好，但我们还是希望能避免因配线数量增加而导致印刷电路板上实装面积的扩大。」因为这些设计理念上的差异，确实会有一些电子设备制造商在采用装载LVDS接口的LED驱动器时犹豫不决。
由此，本公司为了回应这些需求，扩充了电子装饰用LED驱动器的产品阵容。这次新推出的产品是「THL3526」（表1）。该产品不采用LVDS接口。LED驱动器之间的连接可以通过端子设定选择3线式串行接口（SPI）、2线式串行接口（SPI）或I2C接口。由于这些都是单端传输方式，因此不会增加配线数量。对于希望「避免印刷电路板上实装面积增加」的电子设备制造商来说，这无疑是最合适的产品。
由此，本公司为了回应这些需求，扩充了电子装饰用LED驱动器的产品阵容。这次新推出的产品是「THL3526」（表1）。该产品不采用LVDS接口。LED驱动器之间的连接可以通过端子设定选择3线式串行接口（SPI）、2线式串行接口（SPI）或I2C接口。由于这些都是单端传输方式，因此不会增加配线数量。对于希望「避免印刷电路板上实装面积增加」的电子设备制造商来说，这无疑是最合适的产品。
表1 本公司现有产品与新产品的比较
对应恒定电压驱动和恒定电流驱动
此外，THL3526还整合了三个功能，能让电子设备制造商使用LED驱动器时更容易。
第1个是延续现有产品，在连接LED驱动器的接口中内置了缓冲电路（图6）。这一缓冲电路可以作为中继器或信号放大器使用。也就是说，当接收到接口的单端信号（TTL信号）后，它会整形信号波形并重新发送。这使得接口的传输距离得以延长。如前面所述，娱乐设备、游戏厅游戏机和数码广告标牌等，由于本体尺寸较大，往往会导致相邻的LED驱动器之间的间距变长。这次的产品因內置缓冲电路，能有效应对这种情况。
第2个特点是1个LED 驱动器同时支持恒定电流驱动和恒定电压驱动。通过设定端子来选择恒定电流驱动或恒定电压驱动。此功能的有点是简化了LED驱动器的采购和库存管理。因为这样就无需同时采购两种类型的产品，仅需管理一种产品的库存。
第2个特点是提高了对静电放电（ESD）的耐压。这是通过精心设计LED驱动器的电路来实现的。在本公司的测试结果中，确认在人体带电模型（HBM）下，该产品具备8kV的ESD耐压。相比之下，许多竞争对手的产品仅有2kV（HBM），我们具有明显优势。
此外，新产品的封装维实装面积7mm×7mm的48pinQFN。最大驱动电流在恒定电流驱动时为40mA；在恒定电压驱动时为80mA。亮度调整的阶数最多可达256阶。电源电压范围为4.5V～5.5V。
这次推出的新产品扩大了本公司电子装饰用LED驱动器的产品阵容。可以说，根据娱乐设备和游戏厅游戏机的设计理念，客戶更能选择最合适的LED驱动器。
以上
第1个是延续现有产品，在连接LED驱动器的接口中内置了缓冲电路（图6）。这一缓冲电路可以作为中继器或信号放大器使用。也就是说，当接收到接口的单端信号（TTL信号）后，它会整形信号波形并重新发送。这使得接口的传输距离得以延长。如前面所述，娱乐设备、游戏厅游戏机和数码广告标牌等，由于本体尺寸较大，往往会导致相邻的LED驱动器之间的间距变长。这次的产品因內置缓冲电路，能有效应对这种情况。
图6 「THL3526」的内部模块图
第2个特点是1个LED 驱动器同时支持恒定电流驱动和恒定电压驱动。通过设定端子来选择恒定电流驱动或恒定电压驱动。此功能的有点是简化了LED驱动器的采购和库存管理。因为这样就无需同时采购两种类型的产品，仅需管理一种产品的库存。
第2个特点是提高了对静电放电（ESD）的耐压。这是通过精心设计LED驱动器的电路来实现的。在本公司的测试结果中，确认在人体带电模型（HBM）下，该产品具备8kV的ESD耐压。相比之下，许多竞争对手的产品仅有2kV（HBM），我们具有明显优势。
此外，新产品的封装维实装面积7mm×7mm的48pinQFN。最大驱动电流在恒定电流驱动时为40mA；在恒定电压驱动时为80mA。亮度调整的阶数最多可达256阶。电源电压范围为4.5V～5.5V。
这次推出的新产品扩大了本公司电子装饰用LED驱动器的产品阵容。可以说，根据娱乐设备和游戏厅游戏机的设计理念，客戶更能选择最合适的LED驱动器。
以上