WS2801
应用手册
3通道带PWM输出的可编程恒定电流LED驱动器
相关标题
. 内置LDO
. WS2801特性，应用及功能描述
. WS2801集成电路内部功能模块图
. 典型时序图
. 描述
. 高输入电压下的应用
. 恒定电流驱动模式
. 恒定电压驱动模式
. 大功率高亮度LED的驱动
. 采用外部开关实现高压恒流驱动LED串
. 灰度数据字格式
. 灰度刷新频率
. WS2801的接力连接与应用
. 典型应用电路一
WS2801
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. 典型应用电路二（使用外部开关实现高压恒流驱动LED串）
. 典型应用电路三（使用外部开关实现恒压驱动大功率LED串）
. 特征. 应用范围
. 支持恒流和恒压两种驱动模式
. 可编程LED恒定驱动电流
. 宽范围恒定电流输出：2~200mA
. 每个输出驱动通道都内建PWM灰度控制电路，支持free-run，非常适
合低成本控制方案
. 具有PWM调光free run 能力（采用内部振荡器（1.2MHz）作为调光时
钟时，刷新频率约为2.5KHz）
. 内建时钟数据再生电路来输出输入的数据和时钟信号，非常适合级联
的应用。
. 输出极性反转功能
. **输入信号时钟频率为25MHz
. 电源电压为3.3~5.5V
. LED 装饰照明系统
. 室内/外信息，视频显示系统
. PWM信号生成器
. LCD TV LED RGB背光控制
. 描述
WS2801是一个恒定电流LED驱动器，它主要为室内/外LED显示屏，和装饰性LED照明系统而设计，非常适合用于需要接力串接的
LED照明系统，WS2801拥有3个独立的输出驱动通道，每个通道均能实现独立的256级PWM灰度控制，可在不改变LED发光色彩
的条件下实现256级LED灰度控制，并能输出高达200mA的恒定LED驱动电流，WS2801内部包含串联移位寄存器，数据锁存器，
输出寄存器，带隙基准电压源，内部振荡器和可编程恒定电流驱动器。
从SDI数据输入的串行数据在CKI口时钟信号的上升沿被读入到芯片内部的数据移位寄存器中，输入的时钟信号和LED灰度控制信
号在芯片内部经过时钟数据再生电路整形后在CKO和SDO端输出，以使芯片能够接力串接工作。当POL=“0”时，输出极性反转，
WS2801工作如同一个PWM控制器，能够驱动外接的开关或者电路驱动高亮度的LED，并实现大功率LED的256级灰度控制。
WS2801的2-线传输控制方法由世芯微电子专门为可级联的LED照明装饰系统所设计，具有速度快，可靠性高，灰度数据同步刷新
等特点，能够**限度的降低系统成本，非常适合用于低成本的LED装饰照明系统。
引脚图：
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Fig1.a SOP-14 package Fig1.b DIP-14 package
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. WS2801集成电路内部功能模块图
Fig1, WS2801内部功能模块图
工作功能描述
WS2801内部包含串联移位寄存器，数据锁存器，输出寄存器，带隙基准电压源，内部振荡器和可编程恒定电流驱动器。
WS2801在输入时钟的上升沿采样串行数据输入口SDI的数据信号，并将其存储到其内部的移位寄存器当中。当WS2801在连续1ms
内没有探测到时钟CKI信号的存在，WS2801将锁存先前采样的灰度数据至数据锁存器当中，并同时刷新内部的状态寄存器，准备
下次数据传输。WS2801，内部的可编程恒定电流驱动器能够以恒定电流和恒定电压模式驱动外部的LED串，通过外围电路的扩展，
这些驱动器能够在高输入电压下以恒定电压或者电流模式驱动LED串。
时钟数据自动对齐电路能够将内部的数据和时钟自动对齐，内部的推挽输出级具有很强的驱动能力，以满足其级联应用的需要。
高输入电压应用
WS2801的工作电源电压范围为3.3~5.5V，当输出电源电压高于5.5V时，齐纳二极管D0可用于钳制电源电压来生成
WS2801的电源，如下图。
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Fig 2, 当输入电压高于6V
时候，WS2801的电源设置
在WS2801正常工作条
件下，芯片消耗约1.5mA的
电流，限流电阻RS中流过
的电流至少应该为2801消
耗电流的2倍约为3mA，以
保证WS2801的正常工作。
如果输入的电源电压为
12V，那么RS=2K可以满
足该应用。在WS2801的电
源上必须接一个到地的电容
C0以滤除电源上的噪声，
C0=10uF满足大多数的应用，在画PCB板时，C0应尽量靠近WS2801的VCC pin脚。
当信号传输频率高于2MHz时，**在C0处并联一个约300nF的陶瓷电容，以使信号的传输更稳定。
恒定电流驱动模式
在WS2801中采用了一个高性能的运算放大器来控制晶体管M0产生一个恒定电流，以此恒定电流来驱动芯片外接的LED串。
各驱动通道的输出电流均可由外接的电流反馈电阻来独立编程设定，如下图，XFB为R/G/BFB，
Fig3, 恒定电流驱动模式的电路
各输出通道的输出电流可以根据以
下方程来设定:
---------------------------------------------------
------------------------- (1)
其中，VREF=0.75V，为设置输出电流
的基准电压，RXFB为R/G/BFB脚上所
连接的电流反馈电阻，例如，如果驱动
LED所需的电流为20mA，则
RXFB=39Ω。
为了保证恒定电流驱动器的正常工
作，R/G/BOUT pin的电压在正常工作
时应该设置在1~1.5V之间，这样可以
保持在整个工作范围内都能够输出一个
高精度的驱动电流。如果R/G/BOUT 的
电压过低，会导致内部驱动电路工作不
正常，不能够输出驱动所需要的电流，如果R/G/BOUT的电压过高，会导致有过多的功率消耗在WS2801芯片上，使电路工作的
稳定性降低。
恒定电压驱动模式
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XFB
REF
XOUT R
I = V
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WS2801是一个使用非常灵活的LED驱动芯片。它不仅能够为用户提供恒定电流驱动模式，也能提供恒定电压驱动模式，在该
模式下兼容ZQL9712，在恒定电压驱动模式下（POL=“HIGH”或者悬空），WS2801的驱动输出电压高大50mA。应用时，只需
要将R/G/BFB pin脚直接与GND短接，WS2801便能工作在恒定电压驱动模式下。如下图。
Fig4, 恒定电压驱动模式电路示意图
在恒定电压驱动模式下，LED的驱
动电流可以通过调整RL的阻值来设定，
RL可以根据下面的方程来推算得到。
---------------------------------------------------------------- (2)
其中RL是电流设定电阻，VDD是LED串的电源，VLED是LED串工作时的正向导通压降，VOUT是驱动输出的饱和压降，大概在
0.1~0.2V，ILED是LED工作的工作电流，通常ILED≤20mA.
大功率高亮度的LED驱动
WS2801可以利
用外接的开关，在恒
定电压驱动模式下驱
动高亮LED，同时实
现高亮LED的256级
灰度控制。当
POL=“LOW”时候，
WS2801的输出极性
反转，此时WS2801
工作如同一个PWM控
制器，其产生的PWM
控制信号可用于控制
外部的大功率LED恒
流驱动器或者NPN
BJT开关晶体管以驱
动LED，如下图。
Fig 5, 利用外接的开关
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LED
DD LED OUT
L I
R = V -V -V
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实现对高亮LED的恒定电压驱动
该模式主要应用于高输入电压，高LED驱动电流（ILED>300mA），其工作原理是利用外接的NPN晶体管开关来实现对LED的
PWM灰度控制，流过LED的电流可由外接的限流电阻RL来控制，RL可由下面的方程 推算得到。
-------------------------------------------------------------
(2)
其中，ILED为驱动该大功率LED所需要的电流，
VLED为LED工作时的正向导通压降，NPN管工作于饱和区，VCE是NPN的饱和压降，大致为VCE=0.5~0.8V,具体数值可由该晶体管
的规格书查得，基极电阻RB=2~5K.
采用外部开关实现高压恒流驱动LED串
WS2801可以利用外接的开关在高电源电压输入的情况下以极低的成本实现LED的串联驱动，在该模式下，POL=‘HIGH’
或者悬空，如下图
Fig6, 利用外部开关实现LED
的恒定电流驱动
该模式可以用于在高输入电压
模式下驱动LED串，此时
NPN管工作于线性区，**的
应用电压取决于外接的NPN三
极管的耐压，从三极管集电极
流出的电流可以通过下面的方
程计算：
--------------------------------------------------------------- (4)
IXOUT为驱动LED所需要的电流。
从三极管基极流出的电流为：
---------------------------------------------------------------
(5)
在正常工作条件下，为了避免过多的功率消耗在WS2801中，导致2801工作不稳定，同时也为了提高整个LED 驱动器的效率
R/G/BOUT pin脚的电压应该在1V左右。基极电阻RB的值可由下式计算得到：
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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)
灰度数据字格式
当WS2801在时钟PIN上保持500us的低电平时，IC进行复位，此时IC上的灰度数据传输将被锁定，并且为下一个灰度数
据传输作准备。当IC接收到一个完整的24位数后，从第25个数据开始的数据传输给第二个IC，传输时序图如下Fig7。
一个灰度控制数据帧由3个灰度数据字构成，每个数据字由8bit灰度数据位组成，总共24bit。8bit的灰度数据可以很轻松的
实现256级的LED灰度控制。
在数据的传输过程中，首先被读入到芯片数据帧是ROUT通道的MSB，**读取的数据是BOUT通道的LSB。
各输出通道的LED驱动电流占空比可由下式计算得到：
----- (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”, 是灰度数据控制字中的 R、G、B[x], x=0,1,2……7 。. 灰度数据“0000 0000”用于产生**为0的驱动电流占空
比，“1111 1111”用于产生255/256**输出占空比。
Fig 7， WS2801的灰度数据格式及时序图
WS2801的接力连接与应用
为了能够将数据和时钟能够长距离传送以满足级联应用的需要，WS2801集成了具有强驱动能力的推挽（push-pull）输出级，该
输出级具有低EMI特性。测试中，WS2801能够在2MHz频率下，将数据时钟传送到7米以上的距离。为了防止信号的反射，有必
要在信号输入端串接一个电阻以实现控制的阻抗匹配，减少信号的反射，其阻值与传输线的高频阻抗应该相等。
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May 2008
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