浅谈RGB LED彩灯驱动控制方案

　　LED（Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W。

　　本设计方案采用恩智浦半导体（NXP）的电源管理芯片、微控制器、I2C器件、LED驱动器件，为LED灯光系统设计提供全套的方案设计。NXP （恩智浦半导体）是一家新近独立的半导体公司，由飞利浦公司创立，已拥有五十年的悠久历史，主要提供工程师与设计人员各种半导体产品与软件，为移动通信、消费类电子、安全应用、非接触式付费与连线，以及车内娱乐与网络等产品带来更优质的感知体验。

　　主要芯片：PCA9633/34/35：NXP I2总线RGB/RGBA LED闪烁/混光芯片；TEA152x：NXP电源芯片；LPC92x：NXP 900系列MCU;P82B96/PCA9600：NXP I2C总线驱动芯片。

　　主要应用：

　　1. 点光源：应用LED彩色屏显示原理，将其像素放大，降低整体造价成本，每个模块为一个彩色像素点。应用环境：酒吧、KTV、舞台、商场、展厅，作为音乐旋律显示，背景墙装饰、幕墙广告等。

　　2. LED彩虹管：每条灯管由多个彩色像素点（RGB）组成，每个单色像素点可产生256个灰度级的变化。应用环境：立交桥、河道护栏、建筑外墙等不同场所的装饰照明。

　　系统硬件设计：

　　LED彩灯控制系统主要包含驱动模块、控制模块、LED电源三部分。

　　1. 驱动模块设计

　　如何实现让LED模块呈现不同的颜色，主要依靠人的视觉间歇惰性原理，利用对R、G、B三原色的LED的占空比实现颜色的混合。本设计方案的LED颜色显示主要依靠NXP公司的I2C接口LED闪烁/混光驱动芯片PCA9633（PCA9633-4位PWM输出，PCA9634-8位PWM输出，PCA9635-16位PWM输出）输出256灰度级的颜色来实现彩色显示。

　　PCA9633是I2C总线控制的可编程PWM输出的四位LED驱动器件，主要应用于LEDRGB/RGBA（Red/Green/Blue/Amber）混光，主要性能指标如下：

　　1. 4路LED驱动，每路驱动可以通过软件编程为四种状态，分别是：开、关、可编程PWM闪烁控制输出、可编程每路灰度级别，同时支持四路整体亮度调节的PWM混光输出。

　　2. 调光控制，PWM输出频率97kHz，每路有256个灰度级别。

　　3. 闪烁控制，PWM可编程频率范围24Hz~10.73s，占空比可编程范围0%~99.6%。

　　4. 可通过190Hz的PWM输出对四路PWM输出整体亮度256级调节。

　　5. 四位输出可编程设置为推拉输出（在5V时，灌电流25mA，拉电流10mA）。

　　6. 7个硬件地址设定引脚，同一I2C总线可接126片。

　　7. 每片PCA9633有四个可编程软件地址：一个全部响应地址和三个子地址。

　　8. 内置25MHz晶振和上电复位电路，也可通过I2C总线实现软件复位。

　　9. SDA/SCL内置噪声滤波器，支持1MHz的I2C快速模式。

　　10. 支持热插入，低待机电流，支持电压范围：2.3~5.5V。

　　下图为驱动单元的设计，其中红绿蓝3色LED的数量可以是多个的，根据自己的设计要求可以选择并联或串联的方式，再按照LED的连接方式及电压/电流等要求选择适合的开关管即可，少量的LED也可用PCA9633直接驱动。

　　2. 控制模块设计

　　控制模块如下图所示，主要作用是通过MCU对I2C总线上所有调光模块进行控制，以实现各种显示效果，P82B96为I2C总线驱动芯片，用来提高总线驱动能力，传输速率在20~50kbps时，传输距离可达1km。MCU可根据实际的系统要求进行选择，在控制总线器件调光的同时还可以加入其它的操作。

　　控制模块与驱动模块连接如下图所示。

　　I2C总线传输速率与电缆长度与其它总线比较见下图。

　　3. 电源部分

　　电源部分要根据具体的LED数量及连接方式等因素确定具体参数，下图为采用NXP STARplug系列芯片的LED电源方案，该方案设计简单，体积小，宽电压输入，低成本，低损耗等优点，被广泛应用于LED领域。

　　随着LED原材料市场的迅猛发展，表面贴装器件从2001年面世，主要用在室内全彩屏，并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性，可随意调整的点间距，被不同价位需求者所接受，在短短两年多时间内，产品销售额已超过3亿元，表面贴装全彩色LED显示屏应用市场进入新世纪。为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划，利亚德开发了表面贴装双基色显示屏，大量用于训练馆和比赛计时计分系统。在奥运场馆全彩屏方面，为紧缩投资，全彩屏大部分采用可拆卸方式，奥运期间可作为实况转播工具，赛事结束后可用于租赁，作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具，通过这种方式可尽快收回成本。