TLC5940 — 16-канальный драйвер светодиодов с ШИМ 4096 и коррекцией яркости

TLC5940 — 16 стабилизаторов тока в одном корпусе: каждый канал гасит светодиод 12-битной ШИМ и подстраивается 6-битной коррекцией, а ток всех каналов задаёт один резистор. Микроконтроллер должен непрерывно тактировать GSCLK и раз в 4096 тактов дёргать BLANK. Разбираем по даташиту Texas Instruments SLVS515D: выводы, формула тока, последовательность сигналов, каскад и расчёт нагрева.

Обновлено 4 ноября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Выводы
Ток канала и резистор IREF
Последовательность сигналов
Каскад и диагностика
Нагрев: расчёт при 16 × 120 мА
Частые ошибки

TLC5940 — 16-канальный драйвер светодиодов Texas Instruments с выходами-стоками тока. Каждый выход — стабилизатор тока до 120 мА, который драйвер включает и выключает по 12-битной ШИМ (4096 градаций яркости) и дополнительно подстраивает 6-битной коррекцией тока (dot correction, 64 ступени) — она выравнивает разброс светодиодов и хранится во встроенной EEPROM. В отличие от PCA9685 со своим генератором, TLC5940 требует от микроконтроллера непрерывного тактового сигнала GSCLK и импульса BLANK раз в 4096 тактов. Зато он сам держит ток: резисторы на светодиодах не нужны, а аноды можно питать до 17 В.

Коротко

Каналы — 16 стоков тока, ШИМ 12 бит (4096), коррекция 6 бит (64), общий максимальный ток по одному резистору.
Ток канала — 5…120 мА при VCC > 3,6 В, до 60 мА при VCC < 3,6 В; разброс между каналами ±4 %.
Напряжение на выходе — до 17 В в работе, 18 В предельно; порог обнаружения обрыва светодиода 0,3–0,4 В.
Питание — 3–5,5 В; ICC до 60 мА при R(IREF) = 640 Ом (61 мА на канал) и обмене на 30 МГц; входы с порогом 0,8 VCC.
Интерфейс — трёхпроводный последовательный, SCLK и GSCLK до 30 МГц, 192 бита данных яркости, каскад через SOUT.
Защита — флаг перегрева TEF при 150–170 °C и обнаружение обрыва LOD на открытом стоке XERR.

Выводы

TLC5940 в корпусе DIP-28 (NT), вид сверху; у HTSSOP-28 нумерация другая — см. таблицу

Нумерация в корпусе HTSSOP-28 (PWP) не совпадает с DIP: там GND — вывод 1, VCC — 28, а OUT0–OUT15 занимают выводы 7–22. Теплоотводящая площадка HTSSOP соединяется с GND.

Сигнал	DIP-28	HTSSOP-28	Назначение
OUT0…OUT15	28, 1–15	7–22	стоки тока; катоды светодиодов
SIN, SCLK	26, 25	5, 4	данные и такт сдвигового регистра, приём по фронту SCLK, старшим битом вперёд
XLAT	24	3	защёлка: высокий уровень переписывает сдвиговый регистр в регистр GS или DC
BLANK	23	2	единица гасит все выходы и сбрасывает счётчик ШИМ
GSCLK	18	25	такт ШИМ: 4096 импульсов — один период
VPRG	27	6	GND — режим яркости (192 бита), VCC — режим коррекции (96 бит), 22 В — запись EEPROM
DCPRG	19	26	ноль — коррекция из EEPROM, единица — из регистра DC
IREF	20	27	резистор на GND задаёт максимальный ток
SOUT	17	24	выход сдвигового регистра для каскада и чтения статуса
XERR	16	23	открытый сток: ноль при перегреве или обрыве светодиода, нужна подтяжка
VCC, GND	21, 22	28, 1	питание 3–5,5 В, 0,1 мкФ рядом с выводом

Ток канала и резистор IREF

Внутренний источник держит на IREF опорное 1,24 В (1,20–1,28 В), и максимальный ток канала равен току через резистор, умноженному на 31,5:

I_max = 31,5 · 1,24 В / R_IREF, то есть R_IREF ≈ 39,1 В / I_max.

Ток канала	R(IREF) по формуле	Примечание
5 мА	7,8 кОм	нижний предел; меньше — ток нестабилен
20 мА	1,95 кОм	в таблицах TI — 1,92 кОм
50 мА	780 Ом
80 мА	488 Ом	в таблицах TI — 480 Ом
120 мА	325 Ом	в таблицах TI — 320 Ом; только при VCC > 3,6 В

Ток каждого канала дополнительно умножается на DC_n/63, где DC_n — 6-битное значение коррекции (по умолчанию в EEPROM 63, то есть 100 %). Точность: отклонение канала от среднего ±4 % максимум при 640 Ом (61 мА), ±6 % при 320 Ом; разброс между микросхемами ±4 %. Выходы включаются не одновременно, а с шагом 20 нс (OUT15 — через 300 нс после OUT0), чтобы сгладить бросок тока.

Последовательность сигналов

После включения BLANK = 1: регистры не определены, иначе светодиоды загорятся случайно.
VPRG = VCC, записать 96 бит коррекции (6 бит × 16, OUT15 первым), импульс XLAT.
VPRG = GND, записать 192 бита яркости (12 бит × 16, OUT15 первым), импульс XLAT. После первой записи GS вслед за DC нужен один дополнительный такт SCLK.
Непрерывно подавать GSCLK; через каждые 4096 тактов — короткий импульс BLANK (не короче 20 нс), который перезапускает период ШИМ. Новые данные GS защёлкивают XLAT именно в этот момент, пока BLANK в единице.
Следующие 192 бита можно сдвигать во время периода ШИМ — они попадут на выходы только по XLAT.

Частоты по уравнению 9 даташита: f_GSCLK = 4096 · f_update, f_SCLK ≥ 193 · n · f_update. Для частоты обновления 200 Гц (без мерцания на видео) GSCLK = 819 кГц — удобно взять с выхода таймера микроконтроллера. Яркость канала — GS_n/4095 периода.

Каскад и диагностика

Микросхемы соединяют цепочкой: SOUT первой — на SIN второй, SCLK, XLAT, BLANK, GSCLK и VPRG — общие. Данные для последней микросхемы в цепочке отправляют первыми. TI называет практический предел около 40 микросхем — 640 каналов на пять линий микроконтроллера. Выводы XERR всех микросхем можно объединить на одну подтяжку: это открытые стоки, и ноль на линии означает перегрев (TEF) или обрыв светодиода (LOD — напряжение на включённом выходе ниже 0,3 В). Какой канал оборван, читают из статусного слова на SOUT после XLAT: биты 0–15 — LOD каналов, бит 16 — TEF.

Нагрев: расчёт при 16 × 120 мА

Мощность по уравнению 10 даташита: P = V_CC · I_CC + V_OUT · I_max · (DC_n/63) · d_PWM · N. При 5 В, 60 мА собственного тока, 16 каналах по 120 мА и 1 В на выходе (условие измерений TI) с полной яркостью: P = 5 · 0,06 + 1 · 0,12 · 16 = 0,3 + 1,92 ≈ 2,2 Вт (наш расчёт). В HTSSOP-28 с припаянной площадкой R_θJA = 36,7 °C/Вт — перегрев 82 °C, при 25 °C в комнате кристалл около 107 °C, при 50 °C внутри корпуса — 132 °C, вплотную к порогу TEF 150 °C. Для DIP-28 (NT) в таблице тепловых сопротивлений данных нет, но график допустимой мощности (рис. 2 даташита) даёт для него около 2,4 Вт до 25 °C и около 1,3 Вт при 85 °C (наш отсчёт по графику) — 2,2 Вт при 16 × 120 мА укладываются в DIP только при комнатной температуре и без запаса.

Главная ошибка — лишнее напряжение на выходах. Если светодиоды с падением 2 В питать от 5 В, на каждом канале останется 3 В, и при 120 мА драйвер рассеет 16 · 0,12 · 3 = 5,8 Вт (наш расчёт) — это невозможно. TI рекомендует питание светодиодов V_LED не ниже V_F + 0,4 В (при 10 мА) и не намного выше: лишние вольты гасят последовательными светодиодами или резистором в общий провод анодов, а не в драйвере. Пример с белым 5-мм светодиодом Kingbright WP7113QWC/D: по его даташиту V_F при 20 мА — 3,3 В типично и 4,0 В максимум, значит V_LED нужно не ниже 4,0 + 0,4 = 4,4 В, и питание 5 В подходит; на канале с типичным экземпляром остаётся 1,7 В, при 20 мА это 34 мВт, на 16 каналах — 0,54 Вт плюс собственное потребление драйвера (наш расчёт). Красные светодиоды с падением около 2 В от тех же 5 В уже требуют гасящего резистора в цепи анодов или второго светодиода в каждом канале. Тепловое сопротивление и расчёт радиатора — в отдельной статье.

Частые ошибки

Нет GSCLK или BLANK. Без тактов ШИМ выходы не включатся; без импульса BLANK счётчик не перезапустится, и после 4096 тактов всё погаснет до следующего BLANK.
Логика 3,3 В при VCC = 5 В. Порог единицы 0,8 VCC = 4 В — сигналы не распознаются. Либо питать драйвер от 3,3 В (ток до 60 мА), либо ставить преобразователь уровней.
Светодиоды без общего анода. Выходы — стоки: катод к OUTn, анод к V_LED. Светодиоды с общим катодом не подходят.
Слишком частая запись EEPROM. Ресурс — 50 циклов, напряжение 22 В на VPRG. Коррекцию держат в регистре DC (DCPRG = 1), а EEPROM пишут один раз на производстве.
XLAT во время сдвига. Защёлка срабатывает по уровню: пока XLAT = 1, SCLK и SIN менять нельзя.

Для индикаторов с развёрткой лучше подходит MAX7219, для сервоприводов и ШИМ без тактирования — PCA9685. Питание светодиодов — в статье «Светодиоды и драйверы», другие микросхемы — в разделе «Драйверы».

Частые вопросы

Какой резистор поставить на IREF у TLC5940?

R = 31,5 · 1,24 В / Imax. Для 20 мА — 1,95 кОм (в даташите используют 1,92 кОм), для 50 мА — 780 Ом, для 80 мА — 488 Ом, для 120 мА — 325 Ом (TI берёт 320 Ом). Меньше 5 мА задавать нельзя — ток становится нестабильным; слабые светодиоды гасят коррекцией DC или ШИМ. Резистор ставят между IREF и GND как можно ближе к выводам.

Работает ли TLC5940 от 3,3 В?

Да, питание 3–5,5 В, но при VCC ниже 3,6 В ток канала ограничен 60 мА вместо 120 мА. Порог единицы на входах — 0,8 VCC, поэтому и наоборот: драйвер на 5 В от логики 3,3 В не примет сигналы (нужно 4 В). Выходы при любом питании выдерживают до 17 В — светодиоды можно питать отдельным напряжением.

Почему все светодиоды светятся случайно после включения?

Регистры ШИМ и сдвиговый регистр после подачи питания не определены — так написано в разд. 8.4.1. Пока микроконтроллер не загрузит данные коррекции и яркости, BLANK держат в единице: тогда все выходы выключены. Затем записывают DC (96 бит при VPRG = VCC), GS (192 бита при VPRG = GND), подают XLAT и только потом опускают BLANK.

Сколько TLC5940 можно соединить в цепочку?

TI называет порядок 40 микросхем: SOUT первой — на SIN следующей, остальные сигналы (SCLK, XLAT, BLANK, GSCLK, VPRG) общие. Частота SCLK должна быть не ниже 193 · n · f(update): для 10 микросхем и обновления 100 Гц — 193 кГц, GSCLK при этом 4096 · 100 = 410 кГц. Запас по частоте большой — SCLK и GSCLK допускают 30 МГц.

Источники

Texas Instruments. TLC5940 16-Channel LED Driver With DOT Correction and Grayscale PWM Control (SLVS515D, December 2004, revised November 2015) — разд. 5 — таблица выводов для DIP (NT), HTSSOP (PWP) и VQFN (RHB); разд. 6.1 — VCC до 6 В, выходы до 18 В, ток выхода 130 мА, 50 циклов записи EEPROM; разд. 6.3 — VCC 3–5,5 В, напряжение на выходе до 17 В, ток канала 60 мА при VCC < 3,6 В и 120 мА при VCC > 3,6 В, VIH 0,8 VCC, SCLK и GSCLK до 30 МГц, VPRG 22 В для записи EEPROM; разд. 6.4 — RθJA 36,7 °C/Вт (HTSSOP) и 34,3 °C/Вт (VQFN), для DIP не указано; рис. 2 — допустимая мощность по корпусам (NT около 2,4 Вт до 25 °C); разд. 6.5 — ICC 60 мА макс. при R(IREF) = 640 Ом, разброс каналов ±4 %, между микросхемами ±4 %, порог LOD 0,3–0,4 В, TEF 150–170 °C, V(IREF) 1,20–1,28 В; разд. 8.3.1 — 96 или 192 бита, каскад SOUT → SIN; разд. 8.3.5 — задержка 20 нс между каналами; разд. 8.3.6 — BLANK; ур. 6 — Imax = V(IREF)/R(IREF) · 31,5, 5–120 мА; ур. 7 — IOUT = Imax · DC/63; разд. 8.4.1 — регистры не определены после включения; ур. 9 — f(GSCLK) = 4096 · f(update), f(SCLK) = 193 · n · f(update), до 40 микросхем в цепочке; разд. 10 — VLED > VF + 0,4 В при 10 мА, 0,1 мкФ у VCC; ур. 10 — мощность
Kingbright. WP7113QWC/D T-1 3/4 (5 mm) Solid State Lamp, White (InGaN), Water Clear (Spec No. DSAI6407 / 1101023015, Rev. V.6B, 10/09/2023) — с. 2 — Absolute Maximum Ratings: IF 30 мА, пиковый 150 мА (скважность 1/10, 0,1 мс), PD 120 мВт; Electrical / Optical Characteristics при 20 мА — VF 3,3 В тип., 4,0 В макс. (допуск измерения ±0,1 В), TCV −3,0 мВ/°C; с. 3 — график IF от VF; пример выбора VLED для белого светодиода

Страница помогла?

Нашли ошибку? ·