三基色LED驅動原理及IC線路設計

　　在三基色設計應用中通常是,通過調節設定LED電流來達到白平衡和最大的期望亮度值.

　　我們一般將最簡單、最優化的配色方式作為,設計全彩顯示技術的顏色再現方法.白平衡是檢驗顏色組成的重要標誌之一.三基色白光一般是紅綠藍三基色按亮度比例混合而成,當光線中綠色的亮度為69%,紅色的亮度為21%,藍色的亮度為10%時,混色後人眼感覺到的是純白色.早前的CRT電視機到現在的LCD液晶顯示都是這樣組成的,LED當然將成熟的技術照搬.

　　LED 紅、綠、藍三色的色品坐標因工藝過程等原因無法達到全色譜的效果,而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光,稱為配色.當為全彩色LED 顯示屏進行配色前,為了達到最佳亮度和最低的成本,應儘量選擇三原色發光強度成大致為3:6:1 比例的LED 器件組成像素.白平衡要求三種原色在相同的調配值下合成的仍舊為純正的白色.單就LED來說是很難實現,為了解決此類問題,一般IC都會設計設置電流大小的功能,便於不同批次LED都可以達到同樣的白光效果.

　　我們一般把可以合成的顏色叫做,原色;在應用中的紅、綠、藍三色叫做,基色.色度圖中的三個頂點為理想的原色波長.如果原色有偏差,則可合成顏色的區域會減小,光譜表中的三角形會縮小,從視覺角度來看,色彩不僅會有偏差,豐富程度減少,見下圖.

　　LED 發出的紅、綠、藍光線根據其不同波長特性可大致分為紫紅、純紅、橙紅、橙、橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等,橙紅、黃綠、藍紫色較純紅、純綠、純藍價格上便宜很多.三個原色中綠色最為重要,因為綠色佔據了白色中69%的亮度,且處於色彩橫向排列表的中心.因此在權衡顏色的純度和價格兩者之間的關係時,綠色是著重考慮的對象.

　　

　　三基色PWM調光

　　PWM Dimming (脈寬調製),是LED最佳的灰度調節方式.PWM說的容易理解些,就是控制LED開和關的時間比例,將開和關的時間比例劃分為若干等級,LED就會顯示出相應數量的灰階.

　　PWM頻率:剛才說了PWM就是打開和關閉LED的時間比例實現的,但是開關次數不能使太低,最起碼要欺騙過眼睛.借鑑電視機的經驗一般大於100Hz,有些LED顯示屏會受到攝像機的拍攝,有條件的建議設計在300-500Hz較為合理.

　　在三基色設計應用中通常是,通過調節LED電流來達到白平衡和最大的期望亮度,通過控制PWM來實現灰階等級.LED領域灰度等級數目分別有7色、8級、16級、32級、64級、128級、256級、512級等幾種方式.也可以是不同的數量級,這些數量等級主要是便於數字線路數據處理而已.比如非要劃分為100級,那也是可以的.

　　三基色的灰度等級乘積,是產品理論可以再現的顏色數量,通常我們說多少種顏色.例如:單色是256色,紅256(級)×綠256(級)×藍256(級)= 16777216(16KK種顏色).

　　單色256級灰度已經完全滿足眼睛的色域需要,目前的LCD液晶顯示器就是這樣,也是目前IC支持最多的灰階之一.因LED色差較大有使用512級灰度,實際使用矯正後的部分灰度顯示.512灰階比較有代表性的IC有,MBI5030、TLC5940、DM137、DM133、DM412等.點校正的設計方法.這個方法用來在大型顯示器中校準每個象素.校準完成後,或者說完成點校正之後,當顯示器調整到某個特定亮度時,每個象素都能提供一樣的亮度等級.

　　其它低灰階等級,可以在設計時按需要不同選擇.比如在商業裝飾照明上面32級就夠了,出文字符號等會更低.單色照明亮度調整16級即可滿足要求.

　　

　　通用型驅動方式-74HC595

　　74HC595通用邏輯器件,在數字線路上面一直扮演著重要的角色,在LED前階段沒有很好的IC支持時,74HC595串行數據傳輸在LED上得到了應用.在目前的產品設計中還是有許多廠家使用.實際優勢並不明顯,74HC595是解決了數據級聯傳輸問題,但是IC並不恆流,一般是靠電阻限流或橋接小電流線路解決.長距離壓差問題,恆流顯得非常重要,恆流誤差也會較大的影響高灰度表現.輸出驅動訊號是類似PWM信號,灰度是控制器產生的,要是設計較大的項目,就需要較快的傳輸速度和刷新率,所以對控制器和線路級聯要求相對較高.

　　目前使用74HC595並不節省成本.一是,時鐘、鎖存、灰度是並行傳輸,需要74HC245配合,這也是成本;二是,大數據量的傳輸速度會增加線路成本和控制器成本,開發難度高.總之,74HC595是借到LED領域使用的,利用三位顯示RGB,閒置五位,一定會被專用IC所取代.已經使用習慣了,使用在要求不高的場合還是可以的,新上項目就不建議大家再使用.

　　

　　WS2703 晶片是專門為LED 驅動應用設計的晶片,可以應用於LED 顯示系統,特比適合多離散點的級連應用.WS2703 提供了3 個恆定電流驅動輸出,驅動電流最大為50mA.WS2703 晶片包括串行移位寄存器和輸出寄存器.經串行移位寄存器,串移輸入轉為3bit 並行輸出,並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鐘信號控制,並且都是在時鐘信號的上升沿有效.WS2703 將控制信號驅動後輸出,該輸出可作為後級電路的輸入信號.

　　

　　恆流驅動設置

　　在WS2703中,各通道的通過的恆定電流可由與該通道電流反饋pin端所接的反饋電阻來設定,

　　恆壓驅動

　　WS2703提供恆定電壓驅動模式驅動LED,在該模式下,WS2703兼容ZQL9712.該模式(POL=高電平或者懸空),適用於驅動電流不大於50mA的情況.將Fig5中的RXFB設置為0,即直接將XFB短接到地, WS2703即可工作在該模式下.

　　

　　

　　外掛恆流驅動模式

　　WS2703的外掛恆流驅動模式使得其能夠以極低的成本串聯驅動多個LED,該模式下,POL=高電平或懸空。

　　在設計中往往我們希望IC耐壓越高越好,但是這樣會和成本發生衝突.為了我們的設計利益最大化,最佳的方式是低壓製成設計,在需要較高的耐壓時增加三極體鉗位.這樣可以隨設計不同選擇最佳的鉗位方式,設計成本也得到了充分的考慮.見下圖:

　　

　　級聯信號的驅動和連接

　　為了實現長距離的級聯信號傳輸, WS2703在SDO和CKO數據時鐘輸出埠集成了具有強驅動能力的推輓輸出電路,在2MHz的時鐘頻率下能夠實現6米的驅動距離.

　　為了防止傳輸數據和時鐘信號在傳輸線中反射形成駐波,需要在信號的輸入輸出端傳接一個50Ω的電阻.

　　點晶科技-DM412

　　DM412在其它地方也有介紹過,這次要再重提下,主要是這顆IC還是有很多其它IC不可替代的地方. 目前是唯一一款可以支持16位灰度調節的三位移位LED恆流IC.每路輸出高達16比特(65536級)灰階的可調線性電流,單路電流在200mA以內;每路可單獨設置電流;內置PWM功能;數據、時鐘和鎖存訊號輸出端均內建緩衝器,支持長串接應用.高灰階在設計需要灰階矯正的產品中,這樣可以通過軟體矯正燈點色差技術應用.

　　

　　DM412開路偵測功能:

　　DM412 提供實時的LED 開路檢測功能,無須搭配額外的組件或晶片設計.當輸出電流導通而輸出電壓小於0.3V 時,判定為LED 開路故障.當鎖存信號激活時,每個通道的偵測結果會被寫入相對應移位寄存器中之每字節最後一比特位置上按R[0], G[0], B[0].開路偵測結果可以從串行輸出埠讀回.當相對應位置之偵測數據為」1」表示該通道正常,若為」0」則表示該通道開路.為確使LED 開路偵測功能在良好的條件下進行,建議偵測時的影像數據(紅綠藍三色共48 比特)全填為1 以使通道設定為理想的導通狀態.

　　

　　使CKI 保持在高電位,並於其間送入8 個DAI 脈波即可成功啟動自動鎖存機制. LED 開路偵測數據將從DAO 埠傳出. 自動鎖存功能只在SDO =『H』時有效. POL 與STB 或ISTB 皆互為獨立.POL 端的任何電位變化都會設置(POL = H-L)或重設(POL = L-H)PWM 輸出.

　　美信-MAX16824

　　Maxim推出MAX16824/MAX16825 3通道、高亮度LED (HB LED)驅動器,具有6.5V至28V輸入電壓範圍.該系列器件具有三路36V額定、開漏極、恆定電流吸入輸出能力,可向三串獨立的HB LED提供高達150mA的電流.為優化設計靈活性,該系列IC可以獨立設定各個通道的LED電流.為實現這一功能,MAX16824提供三路PWM調光輸入,用於獨立控制各串LED的亮度,並切換各串LED的導通與關斷.而MAX16825則提供了3位透明鎖存器、3位移位寄存器以及2Mbps、4線串行接口.該串行接口使器件的所有輸出通道均可通過外部微控制器進行控制;同時還可以級聯多片MAX16825驅動器,實現協同工作.該系列靈活的LED驅動器對於多種應用,包括工業、建築以及裝飾照明;室內/室外LED視頻顯示器、汽車內部照明以及LCD背光等應用非常理想.

　　MAX16824/MAX16825內置調整管,具有很低的壓差,因此省去了所需的外部功率電晶體.器件內置的三路調整管可提供±5%精度的LED電流控制,確保優異的亮度匹配,同時縮減了尺寸、降低了整個驅動器方案的複雜度了成本.

　　MAX16824/MAX16825還可以提供一路+5V的穩壓輸出,具有4mA的輸出電流驅動能力,當發生過熱時可提供熱關斷功能.兩個器件均採用熱增強型、4mm×4mm、16引腳TSSOP封裝,帶有裸焊盤.

　　

　　臺灣晶琦科技-SCT2007

　　SCT2007是針對目前電光源設計產品,已經有1年多的批量,內部有數據修正線路,級聯效果好.

　　

　　四位移位數據輸出,在有些設計中需要增加白光亮度或綠色組成會變得非常方便.每路可以獨立設置電流,也可以通過5腳SEL設置統一電流.

　　

　　原理圖如下:線路簡單,供電部分電阻減壓穩壓二極體穩壓即可.

　　

  打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴