|
引言 LED全彩顯示屏，由于面積大、播放時間長，其耗電量是客戶關注的一項關鍵指標。降低顯示屏能耗是LED顯示屏技術一個重要的發(fā)展方向。 全彩LED顯示的控制系統(tǒng)節(jié)能管理 LED顯示屏是一種集計算機技術，電子技術，光學技術，電氣技術和結構技術等各種現(xiàn)代工程技術于一體的系統(tǒng)集成工程應用。全彩LED顯示屏系統(tǒng)基本組成如圖1，包括：計算機及系統(tǒng)管理界面，LED交流電源配電柜，信號前端處理器，顯示屏端信號分配器，全彩LED顯示屏(全彩LED模組陣列)等。 
LED顯示屏系統(tǒng)上位機的節(jié)能管理 如圖1所示，通常LED顯示屏上位機包括計算機硬件及上位機軟件，它在LED顯示屏系統(tǒng)中既是顯示屏系統(tǒng)的媒體編輯平臺，為顯示屏提供圖像視頻信號源;又是顯示屏系統(tǒng)的控制平臺，控制系統(tǒng)軟硬件設備。從節(jié)能角度出發(fā)，上位機適當調(diào)控系統(tǒng)各種設備，從而實現(xiàn)LED顯示系統(tǒng)節(jié)能目的：(1)根據(jù)實際反饋的電氣負載要求，對配電柜的三相交流供電進行平衡控制(控制如圖1的配電柜);(2)根據(jù)實際的需要，關閉屏體的部分無用區(qū)域; (3)控制新興的能源供電(如太陽能和風能等)，提高電能的變換效率;(4)實現(xiàn)時間程序管理LED顯示亮度;(5) 實現(xiàn)環(huán)境亮度程序控制LED顯示等。 信號前端處理器的節(jié)能管理 如圖2，信號前端處理器接收上位機來的控制命令和視頻圖像數(shù)據(jù)輸入，然后將這兩種數(shù)據(jù)信號通過FPGA進行數(shù)據(jù)重組排列，再通過光纖發(fā)送給信號分配器;同樣接收光纖反饋回的數(shù)據(jù)信號，并通過FPGA完成對數(shù)據(jù)的解析并通過MCU轉發(fā)給上位機處理。沒有上位機參與工作的LED系統(tǒng)中，信號前端處理器的嵌入式平臺就將承擔起對整個系統(tǒng)同設備的智能控制功能。就節(jié)能舉措而言：(1)具有LED的時間程控功能; (2)具有LED的環(huán)境亮度程控功能;(3)具有供電設備管理控制功能，提高電能轉換效率等。
顯示屏端信號分配器作用 如圖3，顯示屏端信號分配器接收光纖來的數(shù)據(jù)信號，首先將視頻數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)信號按照顯示屏的模組陣列實際工程排列情況分割成4組信號，然后通過LVDS接口將視頻數(shù)據(jù)和命令數(shù)據(jù)分別發(fā)給LED顯示屏體的四個輸入端口。另一方面，屏體來的命令反饋數(shù)據(jù)信號或檢測數(shù)據(jù)通過485接口進入處理器FPGA中，然后通過光纖調(diào)制器的向信號前端處理器發(fā)送。它是信號傳輸樞紐，各種數(shù)據(jù)的分組排列及下傳和上傳的大量處理工作在此處理。 模組節(jié)能設計 全彩LED模組如圖4，包括：模組信號控制模塊，全彩LED點陣模塊，模組供電模塊等。 模組信號控制模塊節(jié)能設計 模組信號控制模塊如圖5，分配器下傳的數(shù)據(jù)信號通過LVDS接口芯片轉換得到數(shù)據(jù)流分成兩路，其中一路以LVDS信號環(huán)接輸出到下一模組的輸入口，另一路以TTL電平的方式輸入到FPGA;FPGA再根據(jù)模組ID號，解析出命令數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù);視頻數(shù)據(jù)按地址截取相應的區(qū)域視頻數(shù)據(jù)、緩存、并以一定的算法格式輸出去驅動LED點陣模塊;命令數(shù)據(jù)，則執(zhí)行相應命令，如GAMMA校正、亮度調(diào)整、模塊電源的開關等。同時，根據(jù)相關的命令要求，模塊應答回傳信號及相關傳感器的檢測數(shù)據(jù)通過上傳通道向上傳輸。 模塊信號控制模塊、顯示屏端分配器、前端信號處理器和上位機(包括控制界面軟件)組成閉環(huán)的控制過程;實現(xiàn)環(huán)境亮度程控、時間亮度程控，電源模塊調(diào)整，LED顯示屏顯示負載實時調(diào)節(jié)等功能，為顯示屏的節(jié)能應用提供了信號處理的必要軟硬件條件。 模組LED點陣模塊節(jié)能設計 LED點陣模塊設計節(jié)能舉措主要圍繞著LED燈管選擇和恒流驅動芯片驅動設計來進行。 (1)LED點陣模塊的像素設計和高光效的LED燈管選擇：全彩LED點陣模塊的像素一般由紅綠藍三個子像素組成，像素點功耗是：(V紅×I紅)+(V綠×I綠)+(V藍×I藍)。LED器件正向電流與發(fā)光亮度近似于線性正比例關系。選用高亮度的LED器件組，像素點功耗相對較小，顯示屏功耗也相對較小。以P20全彩顯示屏為例，紅、綠、藍LED標稱亮度各提高 20%，在顯示屏亮度不變的情況下，顯示屏的功耗會降低15%以上。因此，選發(fā)光效率高、發(fā)光強度值大的LED器件可以有效節(jié)能。 (2)高效的LED驅動電路設計：傳統(tǒng)全彩LED顯示屏采用5V的電源給LED點陣模塊供電(如圖6所示)，分壓在恒流IC上的電壓，除去恒流芯片達到線性導通所必需的正向電壓值外，其余剩下的電壓均會造成無用的功耗，轉換成熱能。節(jié)能的LED顯示屏像素驅動電路如圖7所示，這種設計采用紅綠藍LED器件分別供電的方式：V紅、V綠、V藍。比較試驗證明，在選用相同LED器件和相同恒流驅動芯片，并要求顯示同樣亮度的條件下，節(jié)能電路與傳統(tǒng)電路比較節(jié)能30%以上。
模組電源電源拓撲節(jié)能設計 全彩LED顯示屏的模組供電方式普遍采用低壓大電流開關電源模塊輸出并聯(lián)的總線供電方式。由于開關電源輸出的電流大，變壓器銅損大，整個的電源轉換效率低(滿負載只能做到75%以內(nèi))。本文推薦模組內(nèi)電源采用若干小型開關電源分布式供電方式，以提高開關電源的能量轉換效率。譬如：交流220V總線輸入、最大輸入功率是35W、輸出可調(diào)電壓的開關電源模塊效率可以達到86%以上。該開關電源的能量變換效率相對大電流并聯(lián)供電的常規(guī)供電拓撲結構而言節(jié)能在10%以上。 結語 本文圍著全彩LED顯示屏功耗，提出 3方面有效低功耗設計舉措：(1)根據(jù)實際工程應用，優(yōu)化管理LED顯示屏系統(tǒng)的設備，這是LED顯示屏節(jié)能的重要手段。(2)選擇高光效LED器件、設計高效LED器件驅動電路，這是LED顯示屏節(jié)能的主要途徑之一。(3)采用分布式供電、提高開關電源能量轉換效率，這也是顯示屏節(jié)能的主要途徑之一。 低功耗的全彩LED顯示屏具有節(jié)能、減排，保護環(huán)境;降低電力增容、動力設備及散熱設備的投入;節(jié)省電費降低運營成本;降低顯示屏溫升;延緩LED衰減速度;提高系統(tǒng)可靠性;延長顯示屏壽命;減小顯示屏光電參數(shù)的溫漂，穩(wěn)定圖像效果。所以，低功耗LED顯示屏系統(tǒng)的設計必將推動整個LED顯示屏行業(yè)產(chǎn)品升級換代和技術革新的繼續(xù)發(fā)展。 參考文獻： [1] SJ/T11141-1997LED顯示屏通用規(guī)范 [S].中華人民共和國電子行業(yè)標準,1997 [2] SJ/T 11141-2003 LED顯示屏通用規(guī)范 [S] [3] 褚昌晨.LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技術[M].成都：電子科技大學出版社，2000 [4] 劉祖京.實用接口技術[M].北京：北京工業(yè)大學出版社，1999 [5] 吳繼華，王誠.Altera FPGA/CPLD設計(高級篇)[M].人民郵電出版社,2005 作者：任興業(yè) 深圳康佳視訊系統(tǒng)工程有限公司開發(fā)部 時間：2010-06-21 |
