戶外LED顯示屏的開關(guān)電源解決方案

1　前言

　　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(guān)電源的性能和質(zhì)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(guān)電源。

　　2　戶外LED顯示屏開關(guān)電源的特性

　　用于LED戶外全彩顯示屏的電源應(yīng)具有以下特性。

　　1）在一定條件下保持LED象素被恒流驅(qū)動由顯示屏負(fù)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(guān)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(fù)載變化引起的電壓變化由開關(guān)電源來調(diào)整，即負(fù)載小時，輸出電壓低；負(fù)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(qū)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(shù)各不相同。在正常工作溫度范圍內(nèi)，VF的變化可達20%。在恒壓驅(qū)動下，VF下降會導(dǎo)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(yán)重地影響到戶外屏的質(zhì)量和壽命。因此要求戶外屏的開關(guān)電源具有溫度補償功能，確保LED驅(qū)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(guān)電源中，接入溫度變化率接近LEDVF的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，并引入開關(guān)電源PWM芯片比較基準(zhǔn)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(chǎn)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(shù)字信號控制的數(shù)控開關(guān)電源。根據(jù)各種LED的溫漂曲線，將不同溫度下需提供給LED的驅(qū)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(yīng)的數(shù)控開關(guān)電源的輸出電壓。

　　3）通過調(diào)節(jié)開關(guān)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(guān)電源能通過調(diào)節(jié)輸出電壓對全彩屏的亮度進行調(diào)節(jié)。由于室外光照變化大，需要根據(jù)不同的氣候和時段，預(yù)先將與全彩屏亮度對應(yīng)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(shù)控開關(guān)電源的輸出電壓值，以控制顯示屏亮度。

　　3　通用開關(guān)電源的工作原理
 

　　通用開關(guān)電源的工作原理如圖1所示。采用3525脈寬調(diào)制式（PWM）組件作為開關(guān)電源的控制電路，功能完整，應(yīng)用方便。誤差放大器將電源輸出端的誤差信號放大后，經(jīng)取樣電路送到比較器的反向輸入端，與來自基準(zhǔn)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(nèi)部輸出功率管的占空比。通過改變基準(zhǔn)電壓及輸出取樣電路可以取得不同的電壓值。

4　數(shù)控開關(guān)電源的工作原理

　　數(shù)控開關(guān)電源是輸出電壓受數(shù)字信號控制的開關(guān)電源，其工作原理如圖2所示。

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　　選用X9313非易失性數(shù)控電位器作為PWM芯片比較基準(zhǔn)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?；瑒訂卧奈恢糜蒀S.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(diào)用，其功能如圖3所示。

　　開關(guān)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(shè)電壓調(diào)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(guān)電源的數(shù)字信號進行光電隔離。

　　5　數(shù)控開關(guān)電源的運用

　　數(shù)控開關(guān)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(yīng)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(shù)控開關(guān)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(xiàn)場的溫度與光照強度，并送至信號發(fā)生器進行數(shù)據(jù)處理。對應(yīng)于數(shù)控電位器32檔中的確切位置產(chǎn)生的控制信號，經(jīng)信號驅(qū)動器分路放大后，以滿足m×n臺開關(guān)電源信號傳送的需求。數(shù)控開關(guān)電源在接到數(shù)控信號后，調(diào)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(shù)值，經(jīng)信號發(fā)生器處理后，產(chǎn)生數(shù)字控制信號，由驅(qū)動器放大，并送至各數(shù)控開關(guān)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(jīng)處理后產(chǎn)生控制信號，由驅(qū)動器放大，并送至各數(shù)控開關(guān)電源，輸出不同的電壓送至LED顯示屏。

　　6　結(jié)語

　　戶外全彩LED顯示屏的專用開關(guān)電源已在諸多戶外全彩屏中得到廣泛使用