为MAX6948 WLED (白光LED)驱动器增加外部PWM控制功能

MAX6948 WLED (白光LED)驱动器的输入电压范围为+2.7V至+5.5V，可以将输出电压提升到+28V，用于驱动手机背光。如果WLED的标称正向导通电压为3V，MAX6948的额定28V高压端口可以驱动9只串联的WLED，用于手机LCD屏的背光。该高压端口能够保持稳定的30mA电流，这些串联背光LED的亮度通过一个10位、1024级的PWM电路进行控制。

另外，MAX6948有五个GPIO，可直接驱动由电池供电的LED或作为漏极开路

I/O使用。作为LED驱动器使用时，额定电压为8V的输出端口能够提供10mA或30mA (最大值)的恒定电流，并带有8位、256级PWM亮度控制。

MAX6948集成器件产生驱动不同LED亮度的PWM信号，通过I²C命令控制。Boost转换器的输出能够驱动WLED，使其置于全亮、全闭状态，或按照10位分辨率设定PWM占空比。最大电流由反馈电阻RB决定。如果RB为3.3Ω，则通过LED的最大电流近似为30mA (VFB/RB = 100mV/3.3Ω  30mA)；如果RB为30Ω，对应的最大电流近似为3.3mA。反馈电压VFB稳定在100mV左右，用来控制流过WLED的最大电流。通过调节反馈电阻，可以增加额外的WLED亮度调节方式。

增加外部PWM控制

有些手机处理器具有PWM输出，可直接调节LED亮度。借助该输出，可以根据不同需求，利用外部PWM信号和I²C命令调节LED亮度。MAX6948不具备外部PWM输入，但可以通过配置电路(图1)增加一个外部PWM亮度调节。


图1. 该电路在MAX6948 WLED驱动器上引入一个外部PWM控制，PWM信号由微控制器产生，频率为5kHz，占空比范围为0至100%。

该方案中，PWM控制信号由MAXQ2000微控制器评估(EV)板产生。电路输出电压范围为0V至+3.3V，频率为5kHz；占空比可以在0%至100%之间调节。MAX6948安装在其评估板上，利用Vishay® SI4800BD n沟道FET晶体管调制反馈电阻。在手机应用中，应使用小尺寸、低漏-源电阻RDSON的n沟道FET晶体管。否则，应减小RB电阻以补偿较大的RDSON。SI4800BD具有极低的导通电阻，但采用的是8引脚SO封装。考虑到PWM频率只有5kHz，使用MAXQ2000的驱动器时可以忽略栅极电荷的影响。由于晶体管工作在开、关状态，其功耗可以忽略不计，图2给出了测试装置。


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图2. 测试装置，左侧为MAXQ2000评估板，右侧为MAX6948电路板。

测试结果

图3至图5是利用电流探头获取的测试结果，显示了流过串联WLED的电流。开启MAX6948的内部PWM功能，占空比设定为50%。图3为外部PWM信号占空比为15%时的LED电流，图4所示为外部PWM信号占空比为85%时的电流，图5给出了外部PWM信号对串联WLED电流的影响。

数据显示，由于时间常数和MAX6948的反馈，LED电流不会在最小值(由30Ω电阻决定)和最大值(由3.3Ω电阻决定)之间切换。平均幅度和PWM摆幅随外部PWM占空比设置而改变。


图3. 外部PWM信号占空比为15%时的LED电流


图4. 外部PWM信号占空比为85%时的LED电流


图5. 外部PWM信号对LED电流的影响

这个例子中，外部PWM信号实际改变了n沟道FET晶体管的瞬时导通电阻和平均导通电阻，从而改变了流过串联LED的电流。该电路中，需要注意两个问题。首先，外部PWM信号的频率为5kHz，远远高于125Hz内部频率；其次，外部PWM信号还调节了LED电流的直流分量。基于这两个因素，可以避免双PWM亮度调节通常存在的“竞争”问题。改变外部PWM信号的占空比，内部PWM信号占空比范围为0%至100%，外部控制始终有效。在不同的占空比组合中没有出现“竞争”现象。

LED的流明一定范围内与其导通电流呈线性关系，图6给出了MAX6948评估板上使用的Kingbright® WLED的流明与正向电流的对应关系，在3.3Ω至30Ω之间调节RB电阻，产生30mA至3.3mA的正向电流。如图6所示，在3mA至30mA电流范围内，电流与流明之间近似为线性关系。外部PWM信号占空比为0%时，对应于3mA电流的亮度；外部PWM信号占空比为100%时，对应于30mA电流的亮度。这些结果基于内部PWM信号完全导通而得出。通过I²C命令开启器件内部PWM功能时，可以将亮度设置在较低水平。