如何设计LED标牌和LED矩阵显示屏.docx

PAGE 1 PAGE 1 如何设计LED标牌和LED矩阵显示屏 引言 基于LED的标牌和矩阵显示屏为不断增长的室内外应用带来了更多的功能以及绚丽夺目的视觉效果。LED技术的进展使人们很难辨别出自己看到的究竟是其高质量显示屏的静止画面，还是传统的打印或绘制广告牌。本教程将具体介绍LED显示屏系统的基本技术原理，以及使用分立LED灯泡阵列设计它们需要考虑的设计问题。  LED 驱动基础  首先，我们要对比不同的LED驱动电路，以确定方案。  连接电压源  众所周知，LED 灯（或二极管）在具有足够正向电压（VF）时开头导通。导通时其正向电流通常会发光。依据这个基本学问可以得出图1a中的种选项，不过这样行不通。由于 LED 电流是其电压偏置的指数函数（公式1），LED 灯的光强度对该电压特别敏感。大多数状况下，大电流条件通常会将原本长寿命的LED变成昂贵的闪光灯泡。   下面是图1a行不通的缘由所在。在公式1中，IS、RS是常数，取决于LED产品本身，与VT是热电压无关。假设串联电阻RS是抱负值零，那么仅0.1V的VF变化就会产生47倍的ILED差异。   例如，20mA的目标LED电流值在其偏置电流消失仅0.1V的差异时就会跳变至1A。即使考虑实际RS值，真实LED器件在具有0.1V偏置差异时仍会消失10至20倍的差异。   图 1.对比三种LED驱动电路  支持流限电阻器的电压源  现在我们来看看图1b。添加一个限流电阻器RLIMIT来爱护LED灯。由于有限流电阻器，因此该灯不会被烧坏。在视频显示器应用领域，这种方法在掌握LED光强度方面仍旧不够好。LED曲线和RLIMIT产生的负载曲线可打算其LED电流值。如红色或蓝色标记所示，该LED和电阻器分别存在制造误差造成的正向电压变化及电阻变化。这些误差因素会使LED电流（绿）产生不行忽视的变化。  恒流源  图1c采纳恒流电路而非电阻器。该恒流驱动器电路可直接将LED电流调整为目标值。无论LED灯在制造过程中会产生多少VF变化，LED都会传导特定的电流值。LED灯的光强度与通过 PN 结点的电荷紧密相关，因此该恒流驱动器是从LED灯获得统一光输出的抱负方法。  此外，我们都知道集成电路（IC）可供应良好的匹配电路对。这也是选择恒流法的另一个优势。图2是LED驱动器的基本输出级结构。市场上许多LED驱动器IC都有参考电流设置端 IREF,该参考电流是镜像到其输出端的恒流。   图 2. LED 驱动器IC的基本输出配置  图2是该争论的结果，即LED驱动器的基本输出电路配置。  颜色驱动  到目前为止，我们已经能够确定如何驱动单个LED灯了。下一步是为视频显示系统实现全颜色光输出。通过组合光的不同深浅红绿蓝三原色（RGB），任何颜色都可生成。较为熟识的示例是采纳个人计算机（PC）上的颜色选择工具。  数字或模拟的灰阶掌握  PC 操作系统将三种颜色混合为256个色阶（每阶8个二进制位）或更多，以显示全彩色像素。对于LED显示系统而言，也需要采纳相同概念的色阶颜色强度掌握，以便在LED驱动器设计中实现色阶掌握或灰阶掌握。  首先应打算使用数字掌握还是模拟掌握。前面已经介绍过，经过 PN 结点的总电荷数可打算光强度，因此数字和模拟方法均可掌握光强度。图3是数字和模拟法中的50%灰阶掌握。在总体256个色阶的示例中，该50%表明白一个有128个灰阶的目标。   图 3.数字和模拟的50%强度掌握  LED 电流与颜色变化  这时候，需要考虑电流变化对LED光输出波长值的影响。转变波长就意味着转变人眼看到的颜色。图4是绿色LED灯的实例。通常在业界，510nm 广泛代表绿色。因此，大部分LED灯制造商所设计的LED灯产品在额定电流下都具备510nm的波长。在图4中，随着LED电流的上升，波长可达到510nm。获得绿色的方法是尽量使灯的驱动电流接近额定值。这也就说明白为什么使用数字掌握比使用模拟掌握好。  选择数字掌握的另一个优势是便于以数字电路模块的形式对LED驱动器IC实施掌握。对于256阶的灰阶掌握而言，数字掌握的成本比模拟掌握低。   图 4.绿色LED电流与波长实例  这种ON/OFF 数字掌握称之为脉宽调制（PWM）掌握，或者PWM调光。现将PWM掌握开关添加至图2。  如何构成矩阵或2D图像  RGB LED灯可平铺构成2维（2D）影像。  显示系统结构  RGB LED灯可用于构成