超低压差LED驱动让LED显示屏节能32.8[%]的实现

LED显示屏(LED display)：又叫电子显示屏或者飘字屏幕。是由LED点阵组成，通过红色或绿色灯珠的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED灯组成的点阵构成，负责发光显示;控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，恒舞动卡主要是播放动画的;电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。 LED之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。

LED目前遇到最大的问题是散热，LED显示屏也是一样。LED显示屏的功耗很大，相当一部分能源浪费在发热上。发热会带来以下几个问题：

1. 波长漂移：波长漂移会让颜色校正出现问题，LED在低温和高温时，波长漂移是比较大。根据实验数据，温度每变化一度，波长变化0.2-0.3nm.

2. 输出亮度降低：每摄氏度温度变化导致1%输出亮度的变化，其中红灯受影响最显着。

 

 

上图是试验数据，从红灯的曲线可以看出，从-40度180%的亮度，到120度的亮度不到50%,也就是说，红灯的亮度降低近三分之二。相对而言，蓝灯和绿灯亮度都温度影响没那么强，特别是蓝灯。当温度升高时就出现一个问题，不同颜色的LED发出的亮度是不一样的，

3. 温升导致LED寿命缩短：根据美国一家试验室数据，结温从63C升高到74C, LED寿命从36,000小时降低到16,000小时。

4. 过多散热部件导致系统成本升高。

5. 浪费能量，提高了使用者成本。

由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2~3伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，设计一款好的电源必须要综合考虑这些因数，因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。用LED作为显示器或其他照明设备或背光源时，需要对其进行恒流驱动，主要原因是：1. 避免驱动电流超出最大额定值，影响其可靠性。2. 获得预期的亮度要求，并保证各个LED亮度、色度的一致性。 L

那么热量从哪里来的呢?从电源供电到LED灯，到LED驱动，再到可调电阻，发热部分包括LED灯、LED驱动、LED连接线。我们以5V供电为例：

电源电压：5V,

LED:LED G/B Vfwd=3.2V,LED R Vfwd=2V

1. LED发光效率约20%,LED发热占总发热50%

2. 控制器及连接线等占总发热量约5%

3. 驱动压降：1.8V(G/B) or 3V(R)压降，驱动部分发热占总发热的45%以上。

LED灯的发热需要提高LED的发光效率，控制器和连接线的发热较少，改善空间不大。驱动部分发热改善空间很大，也是我们期待改善的部分。现在有的企业在研究低电压供电，目的就是希望把电压降下来，但是低电压供电的问题在哪里呢?就是在低电压供电下，LED驱动IC能否稳定的可控的工作。针对上面描述的这些问题，我们得倍电子推出了一款专用于大屏幕LED低压差、高精度16位恒流驱动芯片D5026A.D5026A最大的特点就是压差非常低。

下图是台湾一家公司的5026驱动芯片与得倍电子D5026A的对比。在输出驱动电流典型值 IOUT=20mA 的状况下，台湾公司的5026驱动芯片VOUT约为500mV,而D5026A的VOUT约为50 mV,为台湾公司5026芯片的10%.也就是说，在芯片发热部分，得倍D5026A的发热只有台湾公司5026驱动芯片的10%.

 

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得倍电子D5026A在3.3V或5V电压下电流输出可控范围是2-90 mA,而台湾公司5026输出电流在3.3V下可控的范围是2-45 mA,5V电压下可控的范围是5-90 mA.对于20 mA下的压降来看，D5026A是50 mV,对比公司是500 mV.

 

 

D5026A采用专利技术(专利号：201020624548.0)设计的超低压差恒流输出使得供电电压低至几十毫伏(20mA)。由此可使得系统供电电压降至LED二极管的最小导通电压，最大限度降低LED显示屏能耗。

D5026A有下面一些特点：

1. D5026A采用专利技术设计的超低压差恒流输出使得供电电压可以很低，从而可节电达30%以上，驱动芯片发热减少90%以上。

2. D5026A 采用内置逻辑修调技术，可使得芯片输出电流绝对值高度一致，从而发货时不必分类，保障各批次间芯片永远可以直接互换。所有批次间电流基准值偏差小于0.5%.

3. 零温度补偿系数设计使得芯片在-40度到+85度间输出电流变化极小。

4. 所有端口采用施密特输入设计使得芯片抗干扰能力大大加强。

D5026A独特的超低压降特性，可以采用低电压的驱动方案，下图所示，即驱动绿、蓝LED时电源电压+3.8V,驱动红色LED时电源电压+2.5V.如果LED一致性好的话，蓝灯和绿灯的电压可以低到3.4V,更加节能，红灯部分可以提供更低的电压，比如2.5V.

 

 

那么对于LED显示屏制作商来讲，使用得倍电子D5026A方案使得系统发热量减小30%以上，可以简化LED显示屏的散热设计，并且可以实现灯驱合一，即驱动电路和LED板一体化。对于LED显示屏使用者来讲，因为节电30%,功耗的降低也会降低使用成本。同时，因为发热减少，可以延长使用周期。

以3m′4m P10显示屏为例，普通16路5V工作电压，普通LED驱动最大功耗为5.88KW.D5026A用3.8V驱动G、B,2.5V驱动R,D5026A最大功耗为3.95KW,直接减少功耗1.93KW,使用D5026A后不仅立刻节电32.8%,而且大大降低了系统的发热，降低散热成本，节约使用成本，从而提高了系统可靠性和使用寿命。

那么有朋友可能有疑问，使用了D5026A还能够使用其他厂商芯片吗?D5026A和现有同类型产品是完全兼容的。下面是D5026A的特点：

单路驱动电流范围：2~90mA

超低压差：30mV ( IOUT=10 mA )

高恒流精度：最大偏差，非典型值，不分类

between channel <±2%

between IC <±3%

所有批次电流基准值偏差<0.5%

温度系数：小于50PPM (-40℃~+85℃)

高达25MHz时钟频率

工作电压范围：3.3V-5.5V

抗静电能力：大于4KV

工作温度范围：-40℃~+85℃

超低压差设计的D5026A 16位恒流LED驱动芯片为大家设计LED显示屏时提供了一个超节能的方案，我们刚才用数据分析了节能的效果。