256級(jí)灰度下只需8個(gè)脈沖

1、256級(jí)灰度下只需8個(gè)脈沖(中)LED技術(shù)全攻略(中)-工程師必備手冊LED大屏幕參考設(shè)計(jì)LED顯示屏發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：1.1990年以前LED顯示屏的成長形成時(shí)期。一方面，受LED材料器件的限制，LED顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛展開，另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時(shí)期的LED顯示屏在國外應(yīng)用較廣，國內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級(jí)為單點(diǎn)4級(jí)調(diào)灰，產(chǎn)品的成本比較高。2.1990-1995年，這一階段是LED顯示屏迅速發(fā)展的時(shí)期。進(jìn)入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長，信息技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域不斷突破，LED顯示屏在LED材料和控制技術(shù)方

2、面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍(lán)色LED晶片研制成功，全彩色LED顯示屏進(jìn)入市場；電子計(jì)算機(jī)及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏灰度等級(jí)實(shí)現(xiàn)16級(jí)灰度和64級(jí)灰度調(diào)灰，顯示屏的動(dòng)態(tài)顯示效果大大提高。這一階段，LED顯示屏在我國發(fā)展速度非常迅速，從初期的幾空企業(yè)、年產(chǎn)值幾千萬元發(fā)展到幾十家企業(yè)、年產(chǎn)值幾億元,，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、機(jī)場、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，特別是1993年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了LED顯示屏市場的大幅增長。LED顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。3.1995年以來

3、，LED顯示屏的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時(shí)期。1995年以來，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)內(nèi)部競爭加劇，形成了許多中小企業(yè)，產(chǎn)品價(jià)格大幅回落，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊，產(chǎn)品在質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化等方面出現(xiàn)了一系列新的問題，有關(guān)部門對LED顯示屏的發(fā)展予以重視并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)囊?guī)范和引導(dǎo)，目前這方面的工作正在逐步深化。LED屏幕現(xiàn)狀2006年度銷售億元以上企業(yè)上海三思科技發(fā)展有限公司南京洛普股份有限公司南京漢德森電子有限公司北京利亞得電子科技有限公司北京世紀(jì)澄通電子有限公司惠州德賽光電科技有限公司京東方智能顯示技術(shù)有限公司深圳市銳拓顯示技術(shù)有限公司深圳市藍(lán)普科技有限公司深圳市普耐光電科技有限公司深圳聯(lián)創(chuàng)健和光

4、電有限公司2006年，行業(yè)內(nèi)的骨干企業(yè)在不斷發(fā)展和提高?；葜莸沦悾寒a(chǎn)能提升，成為國LED顯示屏產(chǎn)品出口的主要加工基地；北京世紀(jì)澄通：基礎(chǔ)建設(shè)，形成LED顯示屏專業(yè)加工生產(chǎn)能力，躍升行業(yè)前列；深圳銳拓、深圳藍(lán)普、深圳鈞多利集團(tuán)等企業(yè)：在LED器件、顯示產(chǎn)品等方面綜合發(fā)展，成為了業(yè)內(nèi)頗具規(guī)模的LED顯示應(yīng)用產(chǎn)品供應(yīng)商；上海信茂完成了轉(zhuǎn)制和結(jié)構(gòu)調(diào)整，為未來發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；西安青松、南京洛普、同州電子、南京漢德森等企業(yè)：在LED顯示屏業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，拓展其他顯示產(chǎn)品或系統(tǒng)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)，形成了持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。16位恒流IC的由來：雙色屏主要是以顯示文字為主，單片機(jī)掃描比較方便，由于LED數(shù)量的增加，為了節(jié)省

5、資源，引用74HC595移位掃描。為了更適合LED的應(yīng)用在此基礎(chǔ)上整合了恒流電流設(shè)定功能，更符合需求及成本需要又封裝出16位器件，被目前全彩屏廣泛采用。目前全球有80%的LED大屏幕生產(chǎn)在中國大陸，LED大屏幕驅(qū)動(dòng)主流IC主要有聚積、點(diǎn)晶、東芝、TI等。另外還有些廠家的IC和用74HC595生產(chǎn)的LED屏幕企業(yè)，這部分恒流IC每年在大陸的銷售額大概在3億多元。根據(jù)IC數(shù)量結(jié)合不同的掃描方式，大概計(jì)算出LED這部分大屏幕產(chǎn)值在150億元左右。主要的代表IC有以下幾款：聚積MBI5026、點(diǎn)晶DM13C、東芝TB62726、德州儀器TLC5921。LED的控制系統(tǒng)通常由主控箱、掃描板和顯控裝置三大

6、部分組成。主控箱從計(jì)算機(jī)的顯示卡中獲取一屏象素的各色亮度數(shù)據(jù),然后重新分配給若干塊掃描板，每塊掃描板負(fù)責(zé)控制LED屏上的若干行(列)，而每一行(列)上LED的顯控信號(hào)則用串行的方式傳送。目前有兩種串行傳送顯示控制信號(hào)的方式：一種是掃描板上集中控制各象素點(diǎn)灰度，掃描板將來自控制箱的各行象素的亮度值進(jìn)行分解(即脈寬調(diào)制)，然后將各行LED的開通信號(hào)以脈沖形式(點(diǎn)亮為1，不亮為0)按行用串行方式傳輸?shù)较鄳?yīng)的LED上,白手必學(xué)技能！，控制其是否點(diǎn)亮。這種方式使用器件較少，但串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，因?yàn)樵谝粋€(gè)重復(fù)點(diǎn)亮的周期內(nèi)，每個(gè)象素在16級(jí)灰度下需要16個(gè)脈沖，在256級(jí)灰度下需要256個(gè)脈沖，由于器件

7、工作頻率限制，一般只能使LED屏做到16級(jí)灰度。另一種方法是掃描板串行傳輸?shù)膬?nèi)容不是每個(gè)LED的開關(guān)信號(hào)而是一個(gè)8位二進(jìn)制的亮度值。每個(gè)LED都有一個(gè)自己的脈寬調(diào)制器來控制點(diǎn)亮?xí)r間。這樣，在一個(gè)重復(fù)點(diǎn)亮的周期內(nèi)，每個(gè)象素點(diǎn)在16級(jí)灰度下只需要4個(gè)脈沖，256級(jí)灰度下只需8個(gè)脈沖，大大降低了串行傳輸頻率。用這種分散控制LED灰度的方法可以很方便地實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度控制。一般LED大屏幕低頻怎么會(huì)閃爍，是由于，LED本身不具有余輝效應(yīng)的特性，所以采用傳統(tǒng)的恒流源脈沖調(diào)寬控制灰度的LED屏的刷新率必須大于120Hz才能實(shí)現(xiàn)無閃爍的圖像顯示。這樣就需要對灰度數(shù)據(jù)較低的輸八幀頻的圖像信號(hào)進(jìn)行增頻刷新，其結(jié)

8、果造成刷新數(shù)據(jù)出現(xiàn)了極大冗余度，井增加了LED驅(qū)動(dòng)板的硬件開銷。目前市場上多采用南京德普達(dá)科技實(shí)業(yè)有限公司和深圳靈星雨科技發(fā)展有限公司控制系統(tǒng)較多。詳細(xì)資料可以到上述公司網(wǎng)站查看或咨詢。異形屏幕和級(jí)聯(lián)式燈飾控制設(shè)計(jì)方式異形屏幕靈活的點(diǎn)間距和靈活的設(shè)計(jì)越來越多的受到廣泛的采用，能把它制作成我們心目中任意想像的形狀,大可以裝飾幾十層樓整棟大廈,小的可以顯示金字招牌。可以避讓窗戶、樓臺(tái)等不需要裝飾的任何地方；遠(yuǎn)距離觀看，比如海岸、江河對岸觀看；大型燈飾廣場裝飾等。較成熟的控制方式目前有北京中慶微電子公司和常州銀港數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司等控制方式產(chǎn)品。目前可以支持這種設(shè)計(jì)的IC有以下幾款：北京中慶微電子公司ZQ

9、L9712該芯片是專門為LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的芯片。采用了先進(jìn)的CMOS工藝，具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)。ZQL9712芯片可以應(yīng)用于LED顯示系統(tǒng)，特比適合多離散點(diǎn)的級(jí)連應(yīng)用。ZQL9712提供了3個(gè)大電流驅(qū)動(dòng)輸出，驅(qū)動(dòng)電流最大為30mA。ZQL9712芯片包括串行移位寄存器和輸出寄存器。經(jīng)串行移位寄存器，串移輸入轉(zhuǎn)為3bit并行輸出，并把該輸出作為輸出寄存器的輸入。串移寄存器和輸出寄存器由不同的時(shí)鐘信號(hào)控制，并且都是在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿有效。ZQL9712將控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)后輸出，該輸出可作為后級(jí)電路的輸入信號(hào)。杭州士蘭微電子公司SC16722 SC16722是專門為LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的芯片，采用先進(jìn)的CMOS

10、工藝，具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)。電路所有的輸入和輸出均有內(nèi)部線路保護(hù)功能，以減少由于靜電感應(yīng)應(yīng)而損壞器件的可能性，具有高抗噪音和驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。常州銀港數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司SD600 SD600是一款先進(jìn)的單芯片LED調(diào)光控制芯片，使用兩根線實(shí)現(xiàn)控制電路的同步通信，使芯片的級(jí)聯(lián)更加方便與靈活。SD600支持3路PWM調(diào)光，灰度等級(jí)為256，采用高速同步通信接口，數(shù)據(jù)速率高達(dá)10Mbps，SOP10封裝，最多能控制2048個(gè)像素。深圳彩拓科技有限公司LPD6803 LPD680是專門為LED燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片，CMOS工藝，提供三路恒流和灰度輸出，特別適合離散的多灰階全彩燈光系統(tǒng)。臺(tái)灣點(diǎn)晶科技股份有限公司D

11、M412 DM412是一顆具脈波寬度調(diào)制(PWM)輸出及使能控制的LED驅(qū)動(dòng)芯片，專為LED照明,裝飾,大屏顯示等應(yīng)用而設(shè)計(jì)。每一輸出通道皆可輸出高達(dá)16比特(65,536級(jí))灰階的可調(diào)線性電流。芯片內(nèi)含移位緩存器,數(shù)據(jù)鎖存,三通道恒流驅(qū)動(dòng)器(電流值可由相對應(yīng)的三個(gè)外掛電阻調(diào)控),以及做PWM功能之用的內(nèi)建震蕩器。數(shù)據(jù),時(shí)鐘,與鎖存訊號(hào)輸出端均內(nèi)建緩沖，支持長串接應(yīng)用。內(nèi)建LED開路偵測功能可幫助使用者找出LED開路的具體位置，無需加上任何外圍組件。獨(dú)特的輸出端極性反轉(zhuǎn)功能使DM412亦能用做PWM訊號(hào)產(chǎn)生器，可與大功率LED驅(qū)動(dòng)器(DD311/2/3)搭配，以實(shí)現(xiàn)大功率LED之65,536級(jí)

12、灰階的顏色變化。芯片特色?最大恒流輸出：200mA(由三個(gè)外掛電阻分別控制)?最大輸出承受電壓：17V?最大串行輸入時(shí)鐘頻率：20MHz?線性可調(diào)電流輸出：65,536級(jí)PWM灰階?數(shù)據(jù)/時(shí)鐘/鎖存訊號(hào)輸出端均內(nèi)建緩沖，支持長串接應(yīng)用?具PWM自由運(yùn)行能力(內(nèi)置振蕩器可達(dá)17.5MHz，產(chǎn)生畫面刷新率達(dá)267Hz)?鎖存信號(hào)輸入方式可設(shè)定為自動(dòng)/手動(dòng)鎖存LED開路偵測功能輸出端極性反轉(zhuǎn)功能芯片工作電壓：3.3V5.5V應(yīng)用LED裝飾與照明、戶內(nèi)/外LED視頻/訊息顯示屏、PWM信號(hào)產(chǎn)生器封裝SOP16,SSOP16,TSSOP16(帶散熱片)高壓驅(qū)動(dòng)部分選型Supertex是LED高壓恒流驅(qū)動(dòng)

13、的領(lǐng)導(dǎo)者，是目前推出最多的高壓LED恒流直驅(qū)IC企業(yè)之一，有不斷推出新品及改進(jìn)版本出現(xiàn)，滿足市場不斷增長的需求。HV9910是目前市場上高壓部分使用最多的IC之一。這款靈活簡單的LED驅(qū)動(dòng)器IC效率超過93%，可減少相關(guān)元件的數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)成本。HV9910可將調(diào)整過的85V至265Vac或8V至450Vdc電壓源轉(zhuǎn)換為一個(gè)恒流源，從而為串連或并聯(lián)的高亮LED提供電源。HV9910應(yīng)用恒定頻率峰值電流控制的脈寬調(diào)制(PWM)方法，采用了一個(gè)小電感和一個(gè)外部開關(guān)來最小化LED驅(qū)動(dòng)器的損耗。不同于傳統(tǒng)的PWM控制方法，該驅(qū)動(dòng)器使用了一個(gè)簡單的開/關(guān)控制來調(diào)整LED的電流，因而簡化了控制電路的

14、設(shè)計(jì)。該驅(qū)動(dòng)器具有內(nèi)置的降低亮度控制，能協(xié)同外部衰減范圍在0至100%的PWM信號(hào)工作，也可以利用其衰減引腳上外接的任意可在0至最大值之間調(diào)整的線性控制電壓來實(shí)現(xiàn)亮度控制。HV9910適用于LED常規(guī)或裝飾燈、替代氖燈的LED以及其它高壓交/直流輸入的應(yīng)用。以下是目前Supertex公司產(chǎn)品線：Supertex公司以設(shè)計(jì)高壓IC為主，缺點(diǎn)是有些IC設(shè)計(jì)的保護(hù)功能不完善；灰度表現(xiàn)欠佳；串連LED個(gè)數(shù)有限；線路設(shè)計(jì)布線相對復(fù)雜，走線要求嚴(yán)格；一般應(yīng)用于射燈、MR16高壓燈杯、洗墻燈等灰度表現(xiàn)不是很高的場合。在傳統(tǒng)的方法中，針對每一LED均配備了專用的脈寬調(diào)制(PWM)控制器以控制至多個(gè)LED的輸出

15、，并通過控制器將輸出電壓轉(zhuǎn)換為供給LED的電流。電壓控制脈寬調(diào)制控制器常用于此用途。電流感應(yīng)電阻與LED串聯(lián)配置，將電壓值反饋給控制器。因此，控制器實(shí)際上是工作于電壓模式，并保持恒定的取樣電壓值，從而保持恒定的電流。該典型電路配置如圖所示。深圳泉芯科技與上海華潤矽威科有生產(chǎn)間接替代產(chǎn)品，因其國內(nèi)目前沒有600V高壓CMS IC生產(chǎn)制程，巧妙的低壓CMOS工藝設(shè)計(jì)，工藝簡單性能價(jià)格比高。IC供電采用電阻降壓獲得，效率會(huì)低些，外置高壓MOS管，會(huì)有同樣的效果。QX9910可以間接取代HV9910改進(jìn)后的QX9920封裝更小，性能、成本也有所改進(jìn)，可以直接做到MR16燈杯里面。上海華潤矽威科PT41

16、07也是一款類似的IC，穩(wěn)壓二極管也做在IC里面并增加些功能性能價(jià)格比高。PT4107就是一款針對這一市場趨勢開發(fā)，針對高功率LED照明，輸入電壓既可為傳統(tǒng)的110V/220V交流電壓又可為18V以上到數(shù)百伏直流電壓的PWM恒流控制器。它以獨(dú)特的電路結(jié)構(gòu)，采用峰值電流檢測為大功率LED提供恒定的供電電流。另外，PT4107還為使用者提供良好的調(diào)光措施(SW1：5K的可調(diào)電位器)，并為系統(tǒng)提供了安全可靠的過流過溫保護(hù)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。整體供電效率可達(dá)80%以上，每個(gè)PT4107可以驅(qū)動(dòng)30串多并的LED組合，達(dá)到了高效低成本的驅(qū)動(dòng)要求。深圳光華源科技有封裝整合出HA2200*些列IC，可

17、以直接驅(qū)動(dòng)LED燈串、LED日光燈管等產(chǎn)品。恒流源芯片是一種輸出電流恒定的電源變換器，此款恒流源芯片主要是應(yīng)用于串聯(lián)LED供電中，每串LED串聯(lián)個(gè)數(shù)最多可達(dá)到110個(gè)，該芯片輸入電壓為交流85V240V，輸出為一個(gè)恒定電流，恒定電流值可由客戶預(yù)設(shè)。該芯片外配電路簡潔，無電感、無變壓器，因此全部電路組成體積小，可嵌入小體積LED燈具內(nèi)部。缺點(diǎn)是功率因數(shù)較低，110AC時(shí)0.6；220AC只有0.3，個(gè)人認(rèn)為只能是款過度產(chǎn)品，一定會(huì)被類似此公司高功率因數(shù)IC所取代。ZD832是美商齊榮電子公司的產(chǎn)品，線路簡單很具代表性，高壓直驅(qū)小功率LED應(yīng)用。缺點(diǎn)是線性恒流驅(qū)動(dòng)，效率不是很高，串接LED個(gè)數(shù)有限

18、。線性大功率驅(qū)動(dòng)IC選型LED驅(qū)動(dòng)IC應(yīng)從，輸入電壓范圍；輸出電流要求；串接LED個(gè)數(shù)需要；是否有灰度表現(xiàn)要求；是否需要信號(hào)級(jí)聯(lián)傳遞；價(jià)格；交貨期和封裝適合度等考慮。AMC7135是最早得到廣泛應(yīng)用的線性LED驅(qū)動(dòng)器之一，特點(diǎn)是壓差低只有200mV，特別符合鋰電池和4V鉛酸電池驅(qū)動(dòng)單顆LED，廣泛應(yīng)用礦燈、手電筒、應(yīng)急燈等產(chǎn)品。20-400mA固定式電流市場上都可以找到?？晒?yīng)的廠家有，臺(tái)灣富微、廣鵬科技、臺(tái)晶光電、杭州士蘭、深圳泉芯科技等等公司。奧地利微電子AS3691是一款很據(jù)代表性的線性LED大尺寸LCD背光驅(qū)動(dòng)IC，將線性IC功耗設(shè)計(jì)的一樣出色；反饋采樣自動(dòng)適應(yīng)LED VF值；4路LE

19、D恒流輸出，符合R/G/B顏色組合3：6：1高演色性要求?？梢詰?yīng)用于高要求背光源、洗墻燈等燈光產(chǎn)品上。臺(tái)灣點(diǎn)晶科技公司，以線性大功率LED驅(qū)動(dòng)為主，目前在全球線性驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)中很具代表性，在此我們就依點(diǎn)晶科技公司的線性IC著重介紹參考設(shè)計(jì)！目前市場銷售狀況良好，采用的廠家越來越多。優(yōu)點(diǎn)是，線路簡單簡潔，設(shè)計(jì)應(yīng)用方便，灰度表現(xiàn)目前是全球最好的之一(65,536級(jí))。缺點(diǎn)是，用這些IC都需要大功率電源供電，設(shè)計(jì)成本高。電源部分成本要高過LED驅(qū)動(dòng)部分，目前多是洗墻燈、舞臺(tái)燈光、屏幕等要求顏色變化要求較高的產(chǎn)品上?；叶缺憩F(xiàn)是今后在LED方面設(shè)計(jì)IC中很重要的因數(shù)。單通道大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器DD31

20、1 DD311是一單通道輸出的LED恒流驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)建電流鏡與電流開關(guān)組件，是專為驅(qū)動(dòng)大功率LED而設(shè)計(jì)的芯片。DD311可驅(qū)動(dòng)高達(dá)1安培的沈入電流(sink current)，并可透過調(diào)整參考輸入電流(IREF)來任意設(shè)定輸出電流的大小。輸出電流值約為100倍的IREF，IREF可由調(diào)整外掛電阻或偏壓(bias)電壓來設(shè)定。微調(diào)或使能偏壓電壓可校正LED間的亮度不一或?qū)崿F(xiàn)多顆LED間整體亮度同時(shí)調(diào)整。芯片的輸出端可承受高達(dá)36V的電壓，支持多顆大功率LED的串接應(yīng)用。內(nèi)建輸出使能端(Enable)，可輕易地實(shí)現(xiàn)大功率LED的高灰階應(yīng)用。DD311特色?最大輸出電流：1A(由參考輸入電流IREF

21、設(shè)定)?最小輸出電壓要求：1V(當(dāng)Iout=1A時(shí))?最大輸出承受電壓：36V(輸出通道漏電流小于0.1uA)?最大輸出使能頻率：1MHz?絕佳的恒流輸出特性應(yīng)用?LED建筑/娛樂/景觀照明?LED一般或特用照明?LED背光源應(yīng)用封裝形式?TO-252單通道大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器DD312 DD312是專為大功率LED應(yīng)用所設(shè)計(jì)的恒流驅(qū)動(dòng)器。芯片內(nèi)含恒流產(chǎn)生電路，可透過外掛電阻來設(shè)定輸出恒流值。透過芯片的使能端可以控制輸出通道的開關(guān)時(shí)間，切換頻率最高達(dá)一兆赫(1MHz)。電流輸出反應(yīng)極快，支持高色階變化及高畫面刷新率的應(yīng)用。內(nèi)建開路偵測,過熱斷電，及過電流保護(hù)功能，使應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性大為提升。DD312特色?最大輸出電流：1A(透過外掛電阻設(shè)定)?輸出電流為1A時(shí)所要求的最小輸出電壓：1V