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LED屏節能——電源同步整流技術

信息來源:sougout.com   日期:2016-08-18   

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在這個節能呼聲極高的時代,LED顯示屏的進一步節能又無可厚非的成為了這個行業追逐的支撐點。最近市場上出現了為數不多的節能LED顯示屏,通過對供電電源的改進,對LED顯示屏的節能效果起到重大的提升,吸引了不少消費者的注意力,并給予了相當高的期待,但是是不是真的節能還需要進行考究了,特別是戶外LED顯示屏,一般面積都比較大,整體耗電量也比較大,降低顯示屏的使用功率工作就顯得尤為重要。


圖為LED顯示屏工作原理

一、在目前的技術基礎上,節能LED顯示屏的節能效果到底是如何實現的?


我們以一個CYT62726為驅動芯片的LED小模塊為例,來分析其耗電狀況。其供電電壓為5V,先不計算外圍器件的功耗,因為它們在整個屏中所占的比重極小,整個屏所耗的功率都在燈上。
先計算燈點功率為Pled=n*Uvf*Iled(n為通道數,Uvf為LED燈點的壓降,Iled為設定的電流值),CYT62726驅動IC的管腳壓降一般為0.6V左右,紅綠藍燈點的壓降分別為1.8V,3.0V,3.0V,如此那每個通道只需4V(3.0+0.6V)即可正常工作,保守一點可以設置成紅燈通道2.8V,藍綠通道3.8V,而實際上我們的供電電壓都為5V,就相當于增加了1V*Iled的功耗在IC內部。
所以如上可以設想只要將供電電源下降至紅2.8V,綠3.8V,藍3.8V,我們就可以省去那加在IC通道上的1V*Iled功耗,在其他器件不變的情況下,便可實現LED顯示屏節能至少15%以上,再加上本身對LED屏散熱要求的降低也能實現一定程度上的節能,這對于一個大屏來說已經是一個相當大的數字了。
二、節能LED顯示屏需要解決的三個問題
1. LED燈的工作電壓很低,通常為直流2-3.4V,那么就需要使用開關電源來對市電的高壓交流電進行轉換,在轉換的過程中如何做到最高的轉換效率;
2. 普通的LED顯示屏模組工作電壓通常為直流5V,而LED工作電壓為2-3.4V,如何有效改進電路,使驅動電路的電壓做到最低,以減少電壓在電路上的損失,從而減少不必要的熱損,達到減少功率損耗;
3. 如何提高LED的光電轉換效率,在保證顯示屏亮度的情況下,以減小驅動電流,最終達到節省電量的目的;如何正確使用顯示屏的發光亮度,使發光亮度可隨環境變化來節省電力。
三、節能LED顯示屏節能原理剖析
針對以上幾個問題,我們可以看出節能LED顯示屏節能的關鍵是供電電源的設計。

1、傳統的開關電源不能滿足LED顯示屏的需要


如圖3是一個傳統的開關電源原理圖,如果要將5V降為4V,整流肖特基正向壓降所占輸出電壓比重必然增加,開關電源輸出電壓越低,因整流肖特基正向電壓比重越高(其比重X=V壓降/V輸出,輸出從5V降為4V,加入其壓降為0.5V, 則其比重將從0.1上升為0.125,提高25%),電源輸出效率就越低,這對于LED屏幕整體節能效果并不明顯。
所以采用這一電源設計原理顯然是無法實現電源工作效率的提升。同時,5V 是標稱值電壓,在市場運用上已經相當成熟,啟用新的開關電源電源電壓,降低效率的同時只會增加成本,品質也難保障,實現有困難。
2、電源同步整流技術能夠滿足LED顯示屏的供電

電源的設計是一個比較成熟的領域,可以采用另外一種設計思路實現度顯示屏的供電,例如同步整流技術。


同步整流技術基本原理如圖4 ,Q10為功率MOSFET在次級電壓的正半周,Q10導通,Q10起整流作用;在次級電壓的負半周,Q10關斷,同步整流電路的功率損耗主要包括Q10的導通損耗及柵極驅動損耗。當開關頻率低于60KHz時,導通損耗占主導地位;開關頻率高于60KHz時,以柵極驅動損耗為主。在驅動較大功率的同步整流器時,要求柵極峰值驅動電流IG(PK)≥1A時,還可采用CMOS高速功率MOSFET驅動器。
同步整流替代肖特基整流后,可以有效減小在輸出功率中消耗的比例。采用同步整流技術是必須的。
3、半橋或全橋新技術,可以提升開關電源效率
在選擇AC/DC開關電源時,可以選用半橋或全橋新技術,這樣可以使開關電源效率提升到90%以上。
當然這些技術應用,給led顯示屏供電是可以將電壓降至最佳狀態,同時電源的效率也能達到高效率水平,因此采用新的電源技術給led顯示屏供電是可以達到顯著節能的效果。電源成本也肯定會有一些增加。

其次,我們可以仔細的研究一下led屏幕驅動IC,如圖5所示輸出端為一個MOS開關管(如圖6),控制輸出端口的關或者開,輸出端口壓降即VDS=0.65V左右,這是工藝和材料所決定,要把VDS降為0.2V甚至0.1V,本身所需的面積必然增大。


在MOS管的結構中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOS管的驅動,實際上就是對電容的充放電。這個充放電的過程是需要段時間的,面積如果增加,在MOS管上的寄生電容也會隨之增大,如此,導致的后果就是整個IC的端口響應速度下降,這對于一個LED屏幕驅動IC 將是致命的弱點,因此,想從IC上入手,把轉折電壓降低,同時使驅動IC有足夠的響應速度,起決定作用的是工藝,這是難以實現的。

有人認為可以采用其他的設計原理,但是如果是恒流IC,內部電路是可能不一樣,但是通道端口的開關管是必須存在的,所以即使采用其他的設計原理,要想達到電壓下降的目的也是難以實現的。


四、結論
綜上所述,LED節能顯示屏的實現主要是從供電電源上著手,在現有的LED顯示屏上直接采用半橋或全橋高效率開關電源,再加上同步整流節能效果顯著。給驅動IC恒流的狀態下盡量的減小電源電壓,通過紅綠藍各管芯分開供電來達到更好的節能效果。當然這種非標準電壓電源和新技術的應用成本必然有所上升。從屏幕驅動IC上看,節能并不明顯,減小驅動恒流壓差還會帶來包括成本在內的新的問題。


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