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技术:LED显示屏节能省钱的关键

LED显示屏的节能概念悄然掀起,它成为最为吸引消费者眼球的亮点,也是近年来火爆增长的原因。在这个节能呼声极高的时代,LED显示屏的进一步节能又无可厚非的成为了这个行业追逐的支撑点。

  

最近市场上出现了为数不多的节能LED显示屏,通过对供电电源的改进,对LED显示屏的节能效果起到重大的提升,吸引了不少消费者的注意力,并给予了相当高的期待,但是是不是真的节能还需要进行考究了,特别是户外LED显示屏,一般面积都比较大,整体耗电量也比较大,降低显示屏的使用功率工作就显得尤为重要。

  

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  图为LED显示屏工作原理

  

一、在目前的技术基础上,节能LED显示屏的节能效果到底是如何实现的?

  

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我们以一个CYT62726为驱动芯片的LED小模块为例,来分析其耗电状况。其供电电压为5V,先不计算外围器件的功耗,因为它们在整个屏中所占的比重极小,整个屏所耗的功率都在灯上。

  

先计算灯点功率为Pled=n*Uvf*Iled(n为通道数,Uvf为LED灯点的压降,Iled为设定的电流值),CYT62726驱动IC的管脚压降一般为0.6V左右,红绿蓝灯点的压降分别为1.8V,3.0V,3.0V,如此那每个通道只需4V(3.0+0.6V)即可正常工作,保守一点可以设置成红灯通道2.8V,蓝绿通道3.8V,而实际上我们的供电电压都为5V,就相当于增加了1V*Iled的功耗在IC内部。

  

所以如上可以设想只要将供电电源下降至红2.8V,绿3.8V,蓝3.8V,我们就可以省去那加在IC通道上的1V*Iled功耗,在其他器件不变的情况下,便可实现LED显示屏节能至少15%以上,再加上本身对LED屏散热要求的降低也能实现一定程度上的节能,这对于一个大屏来说已经是一个相当大的数字了。

  

二、节能LED显示屏需要解决的三个问题

 

1. LED灯的工作电压很低,通常为直流2-3.4V,那么就需要使用开关电源来对市电的高压交流电进行转换,在转换的过程中如何做到最高的转换效率;

  

2. 普通的LED显示屏模组工作电压通常为直流5V,而LED工作电压为2-3.4V,如何有效改进电路,使驱动电路的电压做到最低,以减少电压在电路上的损失,从而减少不必要的热损,达到减少功率损耗;

  

3. 如何提高LED的光电转换效率,在保证显示屏亮度的情况下,以减小驱动电流,最终达到节省电量的目的;如何正确使用显示屏的发光亮度,使发光亮度可随环境变化来节省电力。

  

三、节能LED显示屏节能原理剖析

  

针对以上几个问题,我们可以看出节能LED显示屏节能的关键是供电电源的设计。

 

1、传统的开关电源不能满足LED显示屏的需要

  

如图3是一个传统的开关电源原理图,如果要将5V降为4V,整流肖特基正向压降所占输出电压比重必然增加,开关电源输出电压越低,因整流肖特基正向电压比重越高(其比重X=V压降/V输出,输出从5V降为4V,加入其压降为0.5V, 则其比重将从0.1上升为0.125,提高25%),电源输出效率就越低,这对于LED屏幕整体节能效果并不明显。

  

所以采用这一电源设计原理显然是无法实现电源工作效率的提升。同时,5V 是标称值电压,在市场运用上已经相当成熟,启用新的开关电源电源电压,降低效率的同时只会增加成本,品质也难保障,实现有困难。

  

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2、电源同步整流技术能够满足LED显示屏的供电

  

电源的设计是一个比较成熟的领域,可以采用另外一种设计思路实现度显示屏的供电,例如同步整流技术。

  

同步整流技术基本原理如图4 ,Q10为功率MOSFET在次级电压的正半周,Q10导通,Q10起整流作用;在次级电压的负半周,Q10关断,同步整流电路的功率损耗主要包括Q10的导通损耗及栅极驱动损耗。当开关频率低于60KHz时,导通损耗占主导地位;开关频率高于60KHz时,以栅极驱动损耗为主。在驱动较大功率的同步整流器时,要求栅极峰值驱动电流IG(PK)≥1A时,还可采用CMOS高速功率MOSFET驱动器。

  

同步整流替代肖特基整流后,可以有效减小在输出功率中消耗的比例。采用同步整流技术是必须的。

  

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3、半桥或全桥新技术,可以提升开关电源效率

  

在选择AC/DC开关电源时,可以选用半桥或全桥新技术,这样可以使开关电源效率提升到90%以上。

  

当然这些技术应用,给led显示屏供电是可以将电压降至最佳状态,同时电源的效率也能达到高效率水平,因此采用新的电源技术给led显示屏供电是可以达到显著节能的效果。电源成本也肯定会有一些增加。

  

其次,我们可以仔细的研究一下led屏幕驱动IC,如图5所示输出端为一个MOS开关管(如图6),控制输出端口的关或者开,输出端口压降即VDS=0.65V左右,这是工艺和材料所决定,要把VDS降为0.2V甚至0.1V,本身所需的面积必然增大。

  

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在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。这个充放电的过程是需要段时间的,面积如果增加,在MOS管上的寄生电容也会随之增大,如此,导致的后果就是整个IC的端口响应速度下降,这对于一个LED屏幕驱动IC 将是致命的弱点,因此,想从IC上入手,把转折电压降低,同时使驱动IC有足够的响应速度,起决定作用的是工艺,这是难以实现的。

  

有人认为可以采用其他的设计原理,但是如果是恒流IC,内部电路是可能不一样,但是通道端口的开关管是必须存在的,所以即使采用其他的设计原理,要想达到电压下降的目的也是难以实现的。

   

四、结论

  

综上所述,LED节能显示屏的实现主要是从供电电源上着手,在现有的LED显示屏上直接采用半桥或全桥高效率开关电源,再加上同步整流节能效果显著。给驱动IC恒流的状态下尽量的减小电源电压,通过红绿蓝各管芯分开供电来达到更好的节能效果。当然这种非标准电压电源和新技术的应用成本必然有所上升。从屏幕驱动IC上看,节能并不明显,减小驱动恒流压差还会带来包括成本在内的新的问题。

 


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