開關電源在戶外LED顯示屏的解決方案
1 前言
開關電源作為LED顯示屏的主要部件,其質量和性能直接關系著顯示屏的質量和壽命。由于LED戶外全彩顯示屏中光電器件的特性與一般顯示屏不同,造價十分昂貴,對開關電源的性能和質量有很高的要求,因此本文研制了一種戶外全彩屏的專用開關電源。
2 戶外LED顯示屏開關電源的特性
用于LED戶外全彩顯示屏的電源應具有以下特性。
1)在一定條件下保持LED象素被恒流驅動由顯示屏負載變化引起的LED組電壓變化,會影響象素電流,造成亮度變化。為了保證整屏模組亮度均勻和減小亮度變化,將開關電源輸出取樣電路的取樣點從電源端口移至顯示屏中某點,使該點的電壓保持不變。負載變化引起的電壓變化由開關電源來調整,即負載小時,輸出電壓低;負載大時,輸出電壓高。因而保證了在溫度和亮度不變的情況下,輸出至LED模組的電壓不變,象素驅動電流恒定。
2)補償環(huán)境溫度引起的LED正向壓降VF的變化LED的正向壓降VF是隨環(huán)境溫度的上升而下降的。各種LED的溫度變化系數各不相同。在正常工作溫度范圍內,VF的變化可達20%。在恒壓驅動下,VF下降會導致LED電流上升,引起整體溫度上升。在這種反饋過程中,LED的工作狀況將越來越惡化,嚴重地影響到戶外屏的質量和壽命。因此要求戶外屏的開關電源具有溫度補償功能,確保LED驅動電流不隨溫度升高而上升。
簡單的溫度補償方法是在開關電源中,接入溫度變化率接近LEDVF的負溫度系數熱敏電阻,并引入開關電源PWM芯片比較基準電壓Vi(Vo=KVi)。溫度上升時,Vi下降,輸出電壓下降,抑制了LED工作電流的上升。由于熱敏電阻離散性大,為確保產品的一致性,需挑選。另外,對每種溫度變化率都有獨立的電阻組合,互換性差。為了克服這些缺點,采用了輸出受數字信號控制的數控開關電源。根據各種LED的溫漂曲線,將不同溫度下需提供給LED的驅動電壓制成表,貯存在單片機中,以供查詢。按照溫度傳感器單片機測得的溫度查表,就可得到相應的數控開關電源的輸出電壓。
3)通過調節(jié)開關電源的電壓來控制顯示屏亮度為了充分利用全彩屏控制系統(tǒng)中有限的資源,要求開關電源能通過調節(jié)輸出電壓對全彩屏的亮度進行調節(jié)。由于室外光照變化大,需要根據不同的氣候和時段,預先將與全彩屏亮度對應的電壓值制成表,貯存在單片機中。按光照傳感器送出的信號查表,得出數控開關電源的輸出電壓值,以控制顯示屏亮度。
3 通用開關電源的工作原理
通用開關電源的工作原理如圖1所示。采用3525脈寬調制式(PWM)組件作為開關電源的控制電路,功能完整,應用方便。誤差放大器將電源輸出端的誤差信號放大后,經取樣電路送到比較器的反向輸入端,與來自基準電路中振蕩器輸出的斜波電壓比較。用比較器輸出的方波脈沖來控制3525內部輸出功率管的占空比。通過改變基準電壓及輸出取樣電路可以取得不同的電壓值。
4 數控開關電源的工作原理
數控開關電源是輸出電壓受數字信號控制的開關電源,其工作原理如圖2所示。
PWM芯片可控器件的選擇#e#
選用X9313非易失性數控電位器作為PWM芯片比較基準電壓的可控器件,功耗低,使用方便,可靠性好。X9313是一個包含31個電阻單元的電阻陣列,在每個單元之間的端點都有供滑動單元訪問的抽頭點。滑動單元的位置由CS.U/D和INC三個輸入端控制,滑動端的位置貯存在一個非易失性存貯器中,在下次上電工作時可重新調用,其功能如圖3所示。
開關電源的輸出電壓范圍由VL、VH決定。從圖2輸出電壓的計算公式可以看出,只要保證VL、VH的一致性,就能保證電源輸出電壓的一致性。假設電壓調節(jié)范圍為4.5V~5.2V,那么輸出電壓偏差為±20mV,完全能滿足LED的供電要求。為了提高抗干擾性能,對進入開關電源的數字信號進行光電隔離。
5 數控開關電源的運用
數控開關電源的信號發(fā)生器是由單片機組成的信號處理發(fā)生系統(tǒng),如圖4所示。它貯存了不同溫度下為補償LED溫漂所應輸出的電壓值,以及在不同光照情況下,由LED顯示屏亮度所決定的輸出電壓值。數控開關電源有自動、手動和程序三種控制方式。
1)自動控制
溫度傳感器與光照傳感器定時采集現場的溫度與光照強度,并送至信號發(fā)生器進行數據處理。對應于數控電位器32檔中的確切位置產生的控制信號,經信號驅動器分路放大后,以滿足m×n臺開關電源信號傳送的需求。數控開關電源在接到數控信號后,調整輸出電壓,然后送到LED顯示屏。
2)手動控制
使用信號發(fā)生器的鍵盤,輸入某一數值,經信號發(fā)生器處理后,產生數字控制信號,由驅動器放大,并送至各數控開關電源,輸出不同的電壓送至LED顯示屏。
3)程序控制
由播出機通過串行接口發(fā)出指令,送至信號發(fā)生器,經處理后產生控制信號,由驅動器放大,并送至各數控開關電源,輸出不同的電壓送至LED顯示屏。
6 結語
戶外全彩LED顯示屏的專用開關電源已在諸多戶外全彩屏中得到廣泛使用。使用情況令人滿意。隨著戶外全彩LED顯示屏技術的不斷發(fā)展,開關電源還有待進一步開發(fā),以滿足全彩屏的各種要求。
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