TLC5941恒流源驱动

1、TLC5941恒流驱动1. TLC59411.1 芯片特性TLC5941共有28个引脚，是一个16通道的LED恒流驱动器，能够同时驱动16个LED，每通道最大驱动能力80mA，每个通道通过12位亮度寄存器的值以PWM方式进行4096级亮度控制。另外，每个通道LED的驱动电路由内部6位的点校正寄存器的值进行64级电源控制，而且驱动电流的最大值可通过片外电阻设定。   TLC5941的所有内部数据寄存器，亮度寄存器，点校正寄存器和错误状态信息都是通过串行接口存取的，最大串行时钟速率为30MHz。1.2管脚功能图1-TLC5941引脚图MODE(模式信号)：Mode=0

2、是亮度信号输入模式，Mode=1点校正信号输入模式。SCLK（串行时钟）：串行数据移入内部寄存器的时钟上，高电平采样。SOUT:串行数据输出，可以输出一内部的一些信息数据。SIN:串行数据输入，由SCLK控制时钟速率。XLAT：数据锁存，在XLAT的上升沿，如果Mode=0，串行移位寄存器的数据锁存到亮度控制寄存器 ，控制亮度PWM输出，如果Mode=1，串行移位寄存器的数据锁存到点校正控制寄存器，控制电流大小的输出。GSCLK：PWM控制的参考时钟。BLANK：当BLANK=1时，关闭所以的输出管脚，即不输出电流，GS计数器复位；当BLAN=0时，输出电流由PWM控制。XERR：错误输出，漏

3、极开路，当有输出管脚有开路或者有LED有过热时，XERR拉低。IREF：连接参考电阻，可以由此电阻控制最大输出电流。TEST：测试管脚，接VCC。OUT0OUT15：恒流输出引脚。GAN：地脚。VCC：电源，3V5.5V。2.工作原理每到一个SCLK的上升沿，则从SIN管脚琐存一个数据到输入串行移位寄存器，当所有数据都输入完了，XLAT的高电平把所有输进来的数据导入到内部寄存器中。串行输入的数据是96位还是192位是由MODE来控制的，当MODE=1时，则是进入DC模式，即需要输入6*16=96个bits，当MODE=0时，则是进入GS模式，即需要输入12*16=192个bits。图2-串行数

4、据输入时序图灰度级PWM循环开始于BLANK的下降沿。当计数器计到4097时，则产生一个中断信号，使BLANK信号产生一个脉冲信号。其中DC的值控制恒流源恒流的值，即图2中16个LED out 通道的高电平的值（电流大小），DC为6位的，所以I(out)=I(max)*DCn/63,DCn为063,n=0 to 15；而GS控制输出恒流时间的占空比，即在4096个时钟中，输出恒流的时间占GS数据个时钟，就可把亮度分为4096个灰度级。用公式Brightness in %=（GSn/4095）*100,其中GSn为04095，n表示16个通道，取值为015。SCLK和GSCLK的最大频率为30M

5、Hz，SCLK上升沿采样。在GS模式下，当XLAT为高电平，则数据从输入移位寄存器琐存到GS寄存器中，在DC模式下，当XLAT为高电平，则数据从输入移位寄存器琐存到DC寄存器中。当XLAT为低电平，则在GS或者DC寄存器中的数据保持不变。3.硬件实现由FPGA来控制TLC5941。其中的各种控制信号由FPGA内部逻辑产生。其中输入的sys_clk是50M的时钟信号，输出的GSCLK是5M，BLANK信号如上图所示，即每4096个GSCLK产生一个BLANK脉冲。图3-RTL级视图图3中data_gen模块产生串行数据，led_top模块把由data_gen产生的串行数据按照一定的时序要求发送给

6、恒流芯片，来驱动LED灯。在芯片正常工作的情况下做一些测试。 4.芯片测试 验证性实验一：测试串行输入DC的值是否能相应改变各通道输出电流的值。 图4-原理图图中R1=1.3K，R18=R19=22，由公式 (1) 其中V(EREF)=1.24V，R（IREF）就是原理图中的R1，可以由此算出Imax30.04mA， (2)输出电流I(out)由Imax和DCn的值决定。如当DC= 6'b111111时，即DCn=63时，Iout=Imax=30mA,当DC=6b011111时，DC=31，Iout= 15mA左右。这是理论值，下面就实际测试一下。测得的R18两端的电压波形如下图所示：

7、图5- DC=6b111111时的电压波形通道4是电流流过22前的电压，通道3是流过后的电压，它们的差值为第三个波形的数值，可以估计电压在0.7V左右。由此算出Iout1=0.7V/2231.8mA与30.04mA基本吻合。图6-DC=6b011111时的电压波形即DC=31,以同样的方法算出电阻两端的电压应该为DC=63时的一半左右，正如图中电压波形所示，此时电压正是DC=63时的一半。 结论：DC的值能决定输出各通道恒流电流值的大小。实验二：在DC不变，改变负载，测试电流是否恒流。在此实验一的基础上，在通道一上并联两个LED灯时，可以观察到电流没有变化，并联三个LED灯时电压形波也没有变化

8、。当串联两个LED灯时，由于LED灯电压不够，使得LED没有亮，虽然电阻两端电压有变化，但是压降很小，所以当加大V(led)的电压时，使得两个LED都亮时，可以看到电流也是恒流的，即计算出来的电流值与由DC值计算出来的电流是一样的。另外，在不同通道输入的DC值相同时，而串联的电阻值不一样时，计算出来的电流值是也是一样的。结论：改变负载，不会影响输出电流。实验三：当DC不变，改变LED灯的电压V(led)，测试电流是否恒流。当改变V(led)从3V8V的范围内，输出电流几乎不变，即与DC值计算出来的输出电流值一样；小于3V或者大于8V时，电流的大小就不是由DC值计算出来的电流大小，此时再变电压值

9、时，电流会改变，即不再恒流。结论：改变电压，在一定范围内恒流。综上所述：芯片在一定条件下能够恒流。恒流条件包括最大输出电流必须大于5mA以上，输出电压在2V以上。其输出电流与输出电压的关系如图7所示。图7输出电压与输出电流探索性实验：实验四： 测试能否提高GS值的刷新频率。根据数据手册上的时序图可知：每个通道更新GS数据输出的时间是由BLANK和GSCLK来决定，GSCLK的时钟能否从4096减少到1024，相应的BLANK也相应地改变，观察芯片是否能正常工作。图8 BLANK与GSCLK时序由于在具体芯片应用中不需要太大的灰度级，而GS数据的刷新时间要求在60us左右，在时钟频度25M时，4

10、096个时钟则需要164us左右，所以刷新时间不能满足要求，故需要减少GSCLK时钟为1024产生一个BLANK信号。图9是示波器显示的测试电阻上的电压波图。图9电压波形实验时，用到两个通道，第一个通道的GS数据为1024，第二个通道的GS数据为512，可以观测到后者的占空比正好是前者的一半。GS数据的刷新时间从图中也可以观察到是40us。芯片也能正常工作，测试效果良好。结论：能够提高GS值的刷新频率。实验五：按照时序初始化完GS寄存器与DC寄存器后，如果不要求GS与DC再改变，在不再向寄存器中写入数据的情况下，测试其输出电流值与占空比能否保持正确。在下载完程序后，观察到LED已经点亮，而测试

11、电流与占空比都正确的情况下，把其它信号线都接低电平，而只留BLANK与GSCLK信号来控制，其电流输出不变。所以结论是GS寄存器与DC寄存器在不掉电的情况下可以保持数据，控制电流的输出，而不需要重复向其写值。这样可以减少芯片的功耗。 实验六：并联多路LED灯，测试总电流是否为各路之和。图10并联电路图由于在实际应用中会用到大功率的LED灯，电流需要250mA左右，而此芯片单路最大电流是80mA，所以需要并联几路同时向一个LED灯提供电流。此次实验单路最大电流设定在63mA，需要提供250mA电流则需要4路通道，图10中的R1用于测试电流；D1为功率为1W，最大电流为300mA的LED。在测试过程中，4路DC值均设为最大，即63mA，当VCC_LED为3.3V时，通过R1两端的电压差计算出总电流远远小于250mA，当加大VCC_LED到6V左右则电流就会增加到200左右mA，而且在6V到10V之间恒流，芯片非常发热。结论：并联多路，总电流是为各路电流值之各。实验七：三路循环显示，通过程序来设计动态显示。主要设计思路是RGB三个LED灯，每一个BLANK只显示一路通道，即RGB三个灯中只有一路输出电流，这是通过每次写出GS的值不同来达到效果。测试图如图11。图11 三