LED顯示屏實現(xiàn)節(jié)能技術(shù)
現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏,還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈,處處可見LED燈的身影,LED已經(jīng)融入到生活中的每一個角落。LED顯示屏(LED display):又叫電子顯示屏或者飄字屏幕。是由LED點陣組成,通過紅色或綠色燈珠的亮滅來顯示文字、圖片、動畫、視頻,內(nèi)容可以隨時更換,各部分組件都是模塊化結(jié)構(gòu)的顯示器件。通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。
顯示模塊由LED燈組成的點陣構(gòu)成,負(fù)責(zé)發(fā)光顯示;控制系統(tǒng)通過控制相應(yīng)區(qū)域的亮滅,可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容,恒舞動卡主要是播放動畫的;電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入電壓電流轉(zhuǎn)為顯示屏需要的電壓電流。LED顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像;不僅可以用于室內(nèi)環(huán)境還可以用于室外環(huán)境,具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。 LED之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展,是與它本身所具有的優(yōu)點分不開的。
這些優(yōu)點概括起來是:亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED的發(fā)展前景極為廣闊,目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性,可靠性、全色化方向發(fā)展。
LED目前遇到最大的問題是散熱,LED顯示屏也是一樣。LED顯示屏的功耗很大,相當(dāng)一部分能源浪費在發(fā)熱上。發(fā)熱會帶來以下幾個問題:1.波長漂移:波長漂移會讓顏色校正出現(xiàn)問題,LED在低溫和高溫時,波長漂移是比較大。根據(jù)實驗數(shù)據(jù),溫度每變化一度,波長變化0.2-0.3nm.2.輸出亮度降低:每攝氏度溫度變化導(dǎo)致1%輸出亮度的變化
上圖是試驗數(shù)據(jù),從紅燈的曲線可以看出,從-40度180%的亮度,到120度的亮度不到50%,也就是說,紅燈的亮度降低近三分之二。相對而言,藍(lán)燈和綠燈亮度都溫度影響沒那么強,特別是藍(lán)燈。當(dāng)溫度升高時就出現(xiàn)一個問題,不同顏色的LED發(fā)出的亮度是不一樣的。
3.溫升導(dǎo)致LED壽命縮短:根據(jù)美國一家試驗室數(shù)據(jù),結(jié)溫從63C升高到74C,LED壽命從36,000小時降低到16,000小時。4.過多散熱部件導(dǎo)致系統(tǒng)成本升高。5.浪費能量,提高了使用者成本。由于LED是特性敏感的半導(dǎo)體器件,又具有負(fù)溫度特性,因而在應(yīng)用過程中需要對其進行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護,從而產(chǎn)生了驅(qū)動的概念。LED器件對驅(qū)動電源的要求近乎于苛刻,LED不像普通的白熾燈泡,可以直接連接220V的交流市電。
LED是2~3伏的低電壓驅(qū)動,必須要設(shè)計復(fù)雜的變換電路,不同用途的LED燈,要配備不同的電源適配器。國際市場上國外客戶對LED驅(qū)動電源的效率轉(zhuǎn)換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高,設(shè)計一款好的電源必須要綜合考慮這些因數(shù),因為電源在整個燈具中的作用就好比像人的心臟一樣重要。用LED作為顯示器或其他照明設(shè)備或背光源時,需要對其進行恒流驅(qū)動,主要原因是:1.避免驅(qū)動電流超出最大額定值,影響其可靠性。2.獲得預(yù)期的亮度要求,并保證各個LED亮度、色度的一致性。
那么熱量從哪里來的呢?從電源供電到LED燈,到LED驅(qū)動,再到可調(diào)電阻,發(fā)熱部分包括LED燈、LED驅(qū)動、LED連接線。我們以5V供電為例:
電源電壓:5V
LED:LED G/B Vfwd=3.2V,LED R Vfwd=2V
1.LED發(fā)光效率約20%,LED發(fā)熱占總發(fā)熱50%2.控制器及連接線等占總發(fā)熱量約5%3.驅(qū)動壓降:1.8V(G/B) or 3V(R)壓降,驅(qū)動部分發(fā)熱占總發(fā)熱的45%以上。
LED燈的發(fā)熱需要提高LED的發(fā)光效率,控制器和連接線的發(fā)熱較少,改善空間不大。驅(qū)動部分發(fā)熱改善空間很大,也是我們期待改善的部分。現(xiàn)在有的企業(yè)在研究低電壓供電,目的就是希望把電壓降下來,但是低電壓供電的問題在哪里呢?就是在低電壓供電下,LED驅(qū)動IC能否穩(wěn)定的可控的工作。針對上面描述的這些問題,我們得倍電子推出了一款專用于大屏幕LED低壓差、高精度16位恒流驅(qū)動芯片D5026A.D5026A最大的特點就是壓差非常低。
下圖是臺灣一家公司的5026驅(qū)動芯片與得倍電子D5026A的對比。在輸出驅(qū)動電流典型值 IOUT=20mA 的狀況下,臺灣公司的5026驅(qū)動芯片VOUT約為500mV,而D5026A的VOUT約為50 mV,為臺灣公司5026芯片的10%.也就是說,在芯片發(fā)熱部分,得倍D5026A的發(fā)熱只有臺灣公司5026驅(qū)動芯片的10%。
得倍電子D5026A在3.3V或5V電壓下電流輸出可控范圍是2-90mA,而臺灣公司5026輸出電流在3.3V下可控的范圍是2-45mA,5V電壓下可控的范圍是5-90mA.對于20mA下的壓降來看,D5026A是50mV,對比公司是500mV。
D5026A采用專利技術(shù)(專利號:201020624548.0)設(shè)計的超低壓差恒流輸出使得供電電壓低至幾十毫伏(20mA)。由此可使得系統(tǒng)供電電壓降至LED二極管的最小導(dǎo)通電壓,最大限度降低LED顯示屏能耗。
D5026A有下面一些特點:
1.D5026A采用專利技術(shù)設(shè)計的超低壓差恒流輸出使得供電電壓可以很低,從而可節(jié)電達30%以上,驅(qū)動芯片發(fā)熱減少90%以上。2.D5026A 采用內(nèi)置邏輯修調(diào)技術(shù),可使得芯片輸出電流絕對值高度一致,從而發(fā)貨時不必分類,保障各批次間芯片永遠(yuǎn)可以直接互換。所有批次間電流基準(zhǔn)值偏差小于0.5%。3.零溫度補償系數(shù)設(shè)計使得芯片在-40度到+85度間輸出電流變化極小。4.所有端口采用施密特輸入設(shè)計使得芯片抗干擾能力大大加強。
D5026A獨特的超低壓降特性,可以采用低電壓的驅(qū)動方案,下圖所示,即驅(qū)動綠、藍(lán)LED時電源電壓+3.8V,驅(qū)動紅色LED時電源電壓+2.5V。如果LED一致性好的話,藍(lán)燈和綠燈的電壓可以低到3.4V。更加節(jié)能,紅燈部分可以提供更低的電壓,比如2.5V。
那么對于LED顯示屏制作商來講,使用得倍電子D5026A方案使得系統(tǒng)發(fā)熱量減小30%以上,可以簡化LED顯示屏的散熱設(shè)計,并且可以實現(xiàn)燈驅(qū)合一,即驅(qū)動電路和LED板一體化。對于LED顯示屏使用者來講,因為節(jié)電30%,功耗的降低也會降低使用成本。同時,因為發(fā)熱減少,可以延長使用周期。
以3m′4m P10顯示屏為例,普通16路5V工作電壓,普通LED驅(qū)動最大功耗為5.88KW.D5026A用3.8V驅(qū)動G、B,2.5V驅(qū)動R,D5026A最大功耗為3.95KW,直接減少功耗1.93KW,使用D5026A后不僅立刻節(jié)電32.8%,而且大大降低了系統(tǒng)的發(fā)熱,降低散熱成本,節(jié)約使用成本,從而提高了系統(tǒng)可靠性和使用壽命。那么有朋友可能有疑問,使用了D5026A還能夠使用其他廠商芯片嗎?D5026A和現(xiàn)有同類型產(chǎn)品是完全兼容的。下面是D5026A的特點:
單路驅(qū)動電流范圍:2~90mA
超低壓差:30mV ( IOUT=10 mA )
高恒流精度:最大偏差,非典型值,不分類
between channel <±2%
between IC <±3%
所有批次電流基準(zhǔn)值偏差<0.5%
溫度系數(shù):小于50PPM (-40℃~+85℃)
高達25MHz時鐘頻率
工作電壓范圍:3.3V-5.5V
抗靜電能力:大于4KV
工作溫度范圍:-40℃~+85℃
超低壓差設(shè)計的D5026A 16位恒流LED驅(qū)動芯片為大家設(shè)計LED顯示屏?xí)r提供了一個超節(jié)能的方案,我們剛才用數(shù)據(jù)分析了節(jié)能的效果。相信在未來的科學(xué)技術(shù)更加發(fā)達的時候,LED會以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便,這就需要我們的科研人員更加努力學(xué)習(xí)知識,這樣才能為科技的發(fā)展貢獻自己的力量。