企業(yè)特殊行業(yè)經(jīng)營資質(zhì)信息公示
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應(yīng)用手冊
3通道帶PWM輸出的可編程恒定電流LED驅(qū)動器
相關(guān)標(biāo)題
. 內(nèi)置LDO
. WS2801特性，應(yīng)用及功能描述
. WS2801集成電路內(nèi)部功能模塊圖
. 典型時序圖
. 描述
. 高輸入電壓下的應(yīng)用
. 恒定電流驅(qū)動模式
. 恒定電壓驅(qū)動模式
. 大功率高亮度LED的驅(qū)動
. 采用外部開關(guān)實現(xiàn)高壓恒流驅(qū)動LED串
. 灰度數(shù)據(jù)字格式
. 灰度刷新頻率
. WS2801的接力連接與應(yīng)用
. 典型應(yīng)用電路一
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WS2801
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. 典型應(yīng)用電路二（使用外部開關(guān)實現(xiàn)高壓恒流驅(qū)動LED串）
. 典型應(yīng)用電路三（使用外部開關(guān)實現(xiàn)恒壓驅(qū)動大功率LED串）
. 特征. 應(yīng)用范圍
. 支持恒流和恒壓兩種驅(qū)動模式
. 可編程LED恒定驅(qū)動電流
. 寬范圍恒定電流輸出：2~200mA
. 每個輸出驅(qū)動通道都內(nèi)建PWM灰度控制電路，支持free-run，非常適
合低成本控制方案
. 具有PWM調(diào)光free run 能力（采用內(nèi)部振蕩器（1.2MHz）作為調(diào)光時
鐘時，刷新頻率約為2.5KHz）
. 內(nèi)建時鐘數(shù)據(jù)再生電路來輸出輸入的數(shù)據(jù)和時鐘信號，非常適合級聯(lián)
的應(yīng)用。
. 輸出極性反轉(zhuǎn)功能
. **輸入信號時鐘頻率為25MHz
. 電源電壓為3.3~5.5V
. LED 裝飾照明系統(tǒng)
. 室內(nèi)/外信息，視頻顯示系統(tǒng)
. PWM信號生成器
. LCD TV LED RGB背光控制
. 描述
WS2801是一個恒定電流LED驅(qū)動器，它主要為室內(nèi)/外LED顯示屏，和裝飾性LED照明系統(tǒng)而設(shè)計，非常適合用于需要接力串接的
LED照明系統(tǒng)，WS2801擁有3個獨立的輸出驅(qū)動通道，每個通道均能實現(xiàn)獨立的256級PWM灰度控制，可在不改變LED發(fā)光色彩
的條件下實現(xiàn)256級LED灰度控制，并能輸出高達(dá)200mA的恒定LED驅(qū)動電流，WS2801內(nèi)部包含串聯(lián)移位寄存器，數(shù)據(jù)鎖存器，
輸出寄存器，帶隙基準(zhǔn)電壓源，內(nèi)部振蕩器和可編程恒定電流驅(qū)動器。
從SDI數(shù)據(jù)輸入的串行數(shù)據(jù)在CKI口時鐘信號的上升沿被讀入到芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)移位寄存器中，輸入的時鐘信號和LED灰度控制信
號在芯片內(nèi)部經(jīng)過時鐘數(shù)據(jù)再生電路整形后在CKO和SDO端輸出，以使芯片能夠接力串接工作。當(dāng)POL=“0”時，輸出極性反轉(zhuǎn)，
WS2801工作如同一個PWM控制器，能夠驅(qū)動外接的開關(guān)或者電路驅(qū)動高亮度的LED，并實現(xiàn)大功率LED的256級灰度控制。
WS2801的2-線傳輸控制方法由世芯微電子專門為可級聯(lián)的LED照明裝飾系統(tǒng)所設(shè)計，具有速度快，可靠性高，灰度數(shù)據(jù)同步刷新
等特點，能夠**限度的降低系統(tǒng)成本，非常適合用于低成本的LED裝飾照明系統(tǒng)。
引腳圖：
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WS2801
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Fig1.a SOP-14 package Fig1.b DIP-14 package
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WS2801
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. WS2801集成電路內(nèi)部功能模塊圖
Fig1, WS2801內(nèi)部功能模塊圖
工作功能描述
WS2801內(nèi)部包含串聯(lián)移位寄存器，數(shù)據(jù)鎖存器，輸出寄存器，帶隙基準(zhǔn)電壓源，內(nèi)部振蕩器和可編程恒定電流驅(qū)動器。
WS2801在輸入時鐘的上升沿采樣串行數(shù)據(jù)輸入口SDI的數(shù)據(jù)信號，并將其存儲到其內(nèi)部的移位寄存器當(dāng)中。當(dāng)WS2801在連續(xù)1ms
內(nèi)沒有探測到時鐘CKI信號的存在，WS2801將鎖存先前采樣的灰度數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)鎖存器當(dāng)中，并同時刷新內(nèi)部的狀態(tài)寄存器，準(zhǔn)備
下次數(shù)據(jù)傳輸。WS2801，內(nèi)部的可編程恒定電流驅(qū)動器能夠以恒定電流和恒定電壓模式驅(qū)動外部的LED串，通過外圍電路的擴(kuò)展，
這些驅(qū)動器能夠在高輸入電壓下以恒定電壓或者電流模式驅(qū)動LED串。
時鐘數(shù)據(jù)自動對齊電路能夠?qū)?nèi)部的數(shù)據(jù)和時鐘自動對齊，內(nèi)部的推挽輸出級具有很強的驅(qū)動能力，以滿足其級聯(lián)應(yīng)用的需要。
高輸入電壓應(yīng)用
WS2801的工作電源電壓范圍為3.3~5.5V，當(dāng)輸出電源電壓高于5.5V時，齊納二極管D0可用于鉗制電源電壓來生成
WS2801的電源，如下圖。
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WS2801
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Fig 2, 當(dāng)輸入電壓高于6V
時候，WS2801的電源設(shè)置
在WS2801正常工作條
件下，芯片消耗約1.5mA的
電流，限流電阻RS中流過
的電流至少應(yīng)該為2801消
耗電流的2倍約為3mA，以
保證WS2801的正常工作。
如果輸入的電源電壓為
12V，那么RS=2K可以滿
足該應(yīng)用。在WS2801的電
源上必須接一個到地的電容
C0以濾除電源上的噪聲，
C0=10uF滿足大多數(shù)的應(yīng)用，在畫PCB板時，C0應(yīng)盡量靠近WS2801的VCC pin腳。
當(dāng)信號傳輸頻率高于2MHz時，**在C0處并聯(lián)一個約300nF的陶瓷電容，以使信號的傳輸更穩(wěn)定。
恒定電流驅(qū)動模式
在WS2801中采用了一個高性能的運算放大器來控制晶體管M0產(chǎn)生一個恒定電流，以此恒定電流來驅(qū)動芯片外接的LED串。
各驅(qū)動通道的輸出電流均可由外接的電流反饋電阻來獨立編程設(shè)定，如下圖，XFB為R/G/BFB，
Fig3, 恒定電流驅(qū)動模式的電路
各輸出通道的輸出電流可以根據(jù)以
下方程來設(shè)定:
---------------------------------------------------
------------------------- (1)
其中，VREF=0.75V，為設(shè)置輸出電流
的基準(zhǔn)電壓，RXFB為R/G/BFB腳上所
連接的電流反饋電阻，例如，如果驅(qū)動
LED所需的電流為20mA，則
RXFB=39Ω。
為了保證恒定電流驅(qū)動器的正常工
作，R/G/BOUT pin的電壓在正常工作
時應(yīng)該設(shè)置在1~1.5V之間，這樣可以
保持在整個工作范圍內(nèi)都能夠輸出一個
高精度的驅(qū)動電流。如果R/G/BOUT 的
電壓過低，會導(dǎo)致內(nèi)部驅(qū)動電路工作不
正常，不能夠輸出驅(qū)動所需要的電流，如果R/G/BOUT的電壓過高，會導(dǎo)致有過多的功率消耗在WS2801芯片上，使電路工作的
穩(wěn)定性降低。
恒定電壓驅(qū)動模式
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XFB
REF
XOUT R
I = V
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WS2801
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WS2801是一個使用非常靈活的LED驅(qū)動芯片。它不僅能夠為用戶提供恒定電流驅(qū)動模式，也能提供恒定電壓驅(qū)動模式，在該
模式下兼容ZQL9712，在恒定電壓驅(qū)動模式下（POL=“HIGH”或者懸空），WS2801的驅(qū)動輸出電壓高大50mA。應(yīng)用時，只需
要將R/G/BFB pin腳直接與GND短接，WS2801便能工作在恒定電壓驅(qū)動模式下。如下圖。
Fig4, 恒定電壓驅(qū)動模式電路示意圖
在恒定電壓驅(qū)動模式下，LED的驅(qū)
動電流可以通過調(diào)整RL的阻值來設(shè)定，
RL可以根據(jù)下面的方程來推算得到。
---------------------------------------------------------------- (2)
其中RL是電流設(shè)定電阻，VDD是LED串的電源，VLED是LED串工作時的正向?qū)▔航?，VOUT是驅(qū)動輸出的飽和壓降，大概在
0.1~0.2V，ILED是LED工作的工作電流，通常ILED≤20mA.
大功率高亮度的LED驅(qū)動
WS2801可以利
用外接的開關(guān)，在恒
定電壓驅(qū)動模式下驅(qū)
動高亮LED，同時實
現(xiàn)高亮LED的256級
灰度控制。當(dāng)
POL=“LOW”時候，
WS2801的輸出極性
反轉(zhuǎn)，此時WS2801
工作如同一個PWM控
制器，其產(chǎn)生的PWM
控制信號可用于控制
外部的大功率LED恒
流驅(qū)動器或者NPN
BJT開關(guān)晶體管以驅(qū)
動LED，如下圖。
Fig 5, 利用外接的開關(guān)
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LED
DD LED OUT
L I
R = V -V -V
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WS2801
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實現(xiàn)對高亮LED的恒定電壓驅(qū)動
該模式主要應(yīng)用于高輸入電壓，高LED驅(qū)動電流（ILED>300mA），其工作原理是利用外接的NPN晶體管開關(guān)來實現(xiàn)對LED的
PWM灰度控制，流過LED的電流可由外接的限流電阻RL來控制，RL可由下面的方程 推算得到。
-------------------------------------------------------------
(2)
其中，ILED為驅(qū)動該大功率LED所需要的電流，
VLED為LED工作時的正向?qū)▔航?，NPN管工作于飽和區(qū)，VCE是NPN的飽和壓降，大致為VCE=0.5~0.8V,具體數(shù)值可由該晶體管
的規(guī)格書查得，基極電阻RB=2~5K.
采用外部開關(guān)實現(xiàn)高壓恒流驅(qū)動LED串
WS2801可以利用外接的開關(guān)在高電源電壓輸入的情況下以極低的成本實現(xiàn)LED的串聯(lián)驅(qū)動，在該模式下，POL=‘HIGH’
或者懸空，如下圖
Fig6, 利用外部開關(guān)實現(xiàn)LED
的恒定電流驅(qū)動
該模式可以用于在高輸入電壓
模式下驅(qū)動LED串，此時
NPN管工作于線性區(qū)，**的
應(yīng)用電壓取決于外接的NPN三
極管的耐壓，從三極管集電極
流出的電流可以通過下面的方
程計算：
--------------------------------------------------------------- (4)
IXOUT為驅(qū)動LED所需要的電流。
從三極管基極流出的電流為：
---------------------------------------------------------------
(5)
在正常工作條件下，為了避免過多的功率消耗在WS2801中，導(dǎo)致2801工作不穩(wěn)定，同時也為了提高整個LED 驅(qū)動器的效率
R/G/BOUT pin腳的電壓應(yīng)該在1V左右?；鶚O電阻RB的值可由下式計算得到：
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LED
DD LED CE
L I
R = V -V -V
β＋1
β
NPNC XOUT I = I
1
1
NPNB XOUTβ＋ I =I
NPNB
DD XOUT
B I
R =V -V
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---------------------------------------------------------------------- (6)
灰度數(shù)據(jù)字格式
當(dāng)WS2801在時鐘PIN上保持500us的低電平時，IC進(jìn)行復(fù)位，此時IC上的灰度數(shù)據(jù)傳輸將被鎖定，并且為下一個灰度數(shù)
據(jù)傳輸作準(zhǔn)備。當(dāng)IC接收到一個完整的24位數(shù)后，從第25個數(shù)據(jù)開始的數(shù)據(jù)傳輸給第二個IC，傳輸時序圖如下Fig7。
一個灰度控制數(shù)據(jù)幀由3個灰度數(shù)據(jù)字構(gòu)成，每個數(shù)據(jù)字由8bit灰度數(shù)據(jù)位組成，總共24bit。8bit的灰度數(shù)據(jù)可以很輕松的
實現(xiàn)256級的LED灰度控制。
在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，首先被讀入到芯片數(shù)據(jù)幀是ROUT通道的MSB，**讀取的數(shù)據(jù)是BOUT通道的LSB。
各輸出通道的LED驅(qū)動電流占空比可由下式計算得到：
----- (7)
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[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
256
L 7 * 27 L 6 * 26 L 5 * 25 L 4 * 24 L 3 * 23 L 2 * 22 L 1 * 21 L 0
DXOUT
+ + + + + + +
=
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其中 L[x]=”0” or “1”, 是灰度數(shù)據(jù)控制字中的 R、G、B[x], x=0,1,2……7 。. 灰度數(shù)據(jù)“0000 0000”用于產(chǎn)生**為0的驅(qū)動電流占空
比，“1111 1111”用于產(chǎn)生255/256**輸出占空比。
Fig 7， WS2801的灰度數(shù)據(jù)格式及時序圖
WS2801的接力連接與應(yīng)用
為了能夠?qū)?shù)據(jù)和時鐘能夠長距離傳送以滿足級聯(lián)應(yīng)用的需要，WS2801集成了具有強驅(qū)動能力的推挽（push-pull）輸出級，該
輸出級具有低EMI特性。測試中，WS2801能夠在2MHz頻率下，將數(shù)據(jù)時鐘傳送到7米以上的距離。為了防止信號的反射，有必
要在信號輸入端串接一個電阻以實現(xiàn)控制的阻抗匹配，減少信號的反射，其阻值與傳輸線的高頻阻抗應(yīng)該相等。
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典型應(yīng)用電路二（使用外部開關(guān)實現(xiàn)高壓恒流驅(qū)動LED串）
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May 2008
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