移位寄存器在LED应用设计中的特点分析

在使用发光二极管的设计中，移位寄存器可能是一个非常有用的设备。例如，如果系统包括由七段显示器、单个指示器或发光二极管阵列组成的网格或面板，则可以使用标准的8位移位寄存器来允许低引脚数微控制器驱动多个发光二极管。
移位寄存器在发光二极管应用设计中的特性分析
移位寄存器在发光二极管应用设计中的特性分析
图1.8移位寄存器7HC595驱动多个发光二极管
7HC595用于I/O扩展意味着它最多可以用三个单片机控制引脚驱动八个发光二极管。减少控制引脚数量，使得使用低引脚数的单片机成为可能，最终实现尺寸更小、性价比更高的设计。
此外，由于7HC595集成了串行输出，因此可以级联多个设备。图2是布局图。
图2。级联74HC595设备以驱动更多指示灯
这样，级联后，同样的三个微控制器引脚可以用来控制多达16或24个发光二极管，而不是只有8个发光二极管。移位寄存器的级联能力可以减少设计所需的微控制器总数，有助于降低成本和尺寸。
在某些情况下，可以使用5V、8位寄存器(如75HC595)直接驱动LED。当LED被额定为具有相对较低的电压和正向电流时，可以获得最好的效果。如果LED的工作电压高于6V，或者要求正向电流超过70mA，通常需要外接驱动器。
开漏输出
向移位寄存器添加开漏输出可以构成单芯片解决方案，而无需使用外部驱动器。这样可以大大降低物料清单，因为每个移位寄存器输出都可以直接驱动LED。
图3示出了这种器件—— 恩智浦，的NPIC6C596ALED驱动器——的输出示意图，其结合了类似于74HC595的移位寄存器功能并且具有高压(HV)MOSFET驱动器。
图3。开漏输出移位寄存器输出原理图
图4显示使用NPIC6C596A代替74HC595。
图4。开漏输出移位寄存器输出原理图
用NPIC6C596A代替74HC595，不需要使用外部驱动器，从而用更少的材料建立了更紧凑的设计。
NPIC6C器件具有33V开漏输出。每个输出设计为吸收100毫安电流，没有接地电流限制。所有输出可以同时主动吸收100毫安。输出包括限流电路，该电路将可吸收的最大电流设置为250毫安，每个输出还包括热保护。集成这些保护功能意味着与74HC595相比，NPIC6C496A器件可以用于驱动更多种类的LED，包括工作电压更高、正向电流更大的LED。
保护特性
图5显示了NPIC6496A开漏输出的限流电路特性。该电路限制每个输出可以吸收的最大电流。漏极-源极电流随着漏极电压的增大而减小。它可以保护驱动输出和组件。25C时，输出箝位通常在漏极-源极电流为250毫安时激活。
图6显示了NPIC6C596A的开漏输出如何提供热保护。箝位电流与温度成反比。随着温度的升高，输出电阻也会增大，从而限制漏极-源极电流，防止输出及其驱动的元器件损坏。在25C时，输出通常将漏极电流限制在120mA。
图5。限流特色5。NPIC6C596A
图6。热防护6。NPIC6C596A
多个选项：
表1显示了恩智浦提供的NPIC6CLED驱动程序NPIC6C596和NPIC6C596A都是8位解决方案，而NPIC6C4894是12位解决方案。所有这些器件都集成了可以级联的串行输出。数据在输入时钟的上升沿通过移位寄存器传播。对于NPIC6C595和NPIC6C4894，可以使用相同的上升沿向串行输出QS发送数据。NPIC6C596和NPIC6C596A延迟串行输出，直到输入时钟的下一个下降沿。延迟可以延长数据保持时间，提高时序裕量，简化多个移位寄存器的级联。
NPIC6C596和NPIC6C4894可以在4.5和5.5V范围内使用，因此这些器件适合5.0V控制逻辑接口。NPIC6C596A可在2.3至5.5V范围内使用，因此可用于5.0、3.3和2.5V控制逻辑接口。所有NPIC6C设备都在-40至125C的范围内工作，输入时钟频率至少为10MHz。
表1 .恩智浦NPIC  6 CLED司机
NPIC6CLED驱动器采用行业标准的SO4和TSSOP封装以及节省空间的DQFN无铅封装，与TSSOP封装相比，面积减少高达76%，与QFN封装相比，面积减少高达40%。DQFN封装还集成了散热器，使其成为使用更高电流的空间受限应用的首选封装。此外，还提供汽车级版本。
表2 .NPIC6CLED驱动程序打包选项
结论
当设计中包含发光二极管时，使用移位寄存器使得应用尺寸更小、成本更低的微控制器成为可能。包括恩智浦，在内的许多供应商都提供标准8位移位寄存器(如75HC595)。使用集成开漏输出的移位寄存器(如恩智浦的NPIC6C系列)可以在此基础上更进一步，而无需使用外部发光二极管驱动器。