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中有限的資源，要求開關電源能通過調節輸出電壓對全彩屏的亮度進行調節。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生器是由單片機組成的信號處理發生系統，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
使用信號發生器的鍵盤，輸入某一數值，經信號發生器處理后，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出指令，送至信號發生器，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展，開關電源還有待進一步開發，以滿足全彩屏的各種要求。
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