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浅析LED显示屏的节能原理 |
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newmaker |
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LED显示屏的节能概念悄然掀起，成为它最为吸引消费者眼球的亮点，也是近年来火爆增长的原因。当然，经过近几年的疯狂式增长，目前这个行业也陷入了一种僵局以重新洗牌的困局。在这一困境之中，必然有许多企业受此影响而元气大伤，甚至倒闭破产，当然也会有许多企业因此而走出阴霾，获得更为长远的发展。这是行业的发展规律，任何企业都逃脱不了这一劫难，如何在劫难中重生，是每个企业当前比较关注的问题。
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。很多企业在这一点上进行各方面改良，在一定程度上有所改进，实现了节能的效果，但是要实现更大意义上的节能，还有很长的路要走，这需要整个行业的共同努力。
图1 Led显示屏基本架构
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于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，很多led显示屏厂家跃跃欲试，准备抢先引进这一技术，获得发展先机。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呢？
我们以一个led小模块来分析其耗电状况！如图2，是一个以长运通光电推出的CYT62726为驱动芯片的led小模块，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，那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，相信客户会乐于接受！
图2 CYT62726驱动led小模块
我们可以进一步剖析其节能原理！
首先，从供电电源来看，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。
图3 传统的开关电源原理图
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。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。
图4 反激单端降压式同步整流器的基本原理图
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。
图5 LED屏幕驱动IC内部方框图
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。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。
图6 MOS管
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。部分IC企业宣传驱动节能设计，无非是出于销售策略而已。(end)
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(12/13/2011) |
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