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技术宅倾囊相授:LED显示屏振荡问题研究

来源:中国LED网    时间:2015-09-11    【字体:

  LED的显示效果及寿命,很大程度上取决于驱动芯片的性能优劣。LED屏厂在进行LED显示屏驱动芯片的导入时,更多的是关注显示效果,譬如低灰是否显示一致,渐变是否过渡均匀,斜扫是否有暗亮点,开短路情况等,这些测试项会展现给终端客户。

  显示效果的测试,是最重要的一步,但也是第一步。

  对驱动芯片有更深入的认识,可以使我们LED显示屏的性能及寿命有更清晰的评估。现在,越来越多的屏厂工程师,在进行驱动芯片导入时,开始关注芯片本身的工作环境及工作方式。譬如,驱动电流的一致性,REXT电压的一致性,芯片VDD尖峰,驱动端口的波形等等。

  LED显示驱动端口振荡现象

  驱动芯片的OUT驱动端口,直接与LED灯相连,是驱动芯片最核心的部分。鉴于振荡给LED显示屏带来的诸多危害,本文将针对某些驱动芯片存在的端口振荡问题做简单介绍,并分析其产生的原因及改善方式。

  测试方法

  电源为5V40A电源,带单个模组。模组正常点亮,用示波器探头,接地端连接模组地线接入口,探头接触驱动芯片的驱动端口。

  测试结果

  市场某主流驱动芯片在干扰较大的模组上(譬如P10静态等),出现了端口振荡现象。

  SM16016/SM16026在干扰较大板型上,没有出现振荡现象

  某主流IC在干扰较大板型上,出现振荡现象

  振荡的危害

  端口的振荡,带来了诸多危害:

  显示效果差

  芯片内部的恒流反馈环路,在稳定的工作状态下,才能达到理想的恒流效果。端口振荡,芯片无法达到恒流。更需说明的是,此类易振荡的芯片,在低灰时,仍然会有振荡发生,严重影响低灰效果。对一致性要求较高的全彩屏而言,屏厂花了恒流芯片的钱,比用了恒压芯片甚至更差的效果。

  LED灯的使用寿命大幅度降低

  从振荡波形可知,LED灯的负极一直在电压差为2V,频率20MHz左右的类正弦波下工作。较大的电源尖峰、瞬态大电流、持续极高频的开关会降低LED灯的使用寿命。

  电源波动大,降低电源寿命

  如果5V40A电源满负载工作,即40A电流负载,那么对于电源来讲,电流变化将是安培级电流在20MHz左右持续振荡。直流电源输出端电容,在较高频率的大电流波动下,等效内阻发热,降低寿命,进而造成更大的模组尖峰。损坏的不仅仅是电源,而是模组上所有的元器件及驱动芯片。

  EMI超标

  持续频率20MHz的类正弦波,每个驱动端口的电流变化在0mA到40mA左右,电源则是安培级电流在20MHz左右持续振荡。这样会导致整个箱体,在20MHz左右频率点上的dBuV值叠加,最终导致EMI在该频率点易超标准。

  模组电容异响

  电容响声往往是由于电容发热损坏造成。同理于电源电容,端口振荡会更易造成电容损坏并发出异响。

  振荡的原因及防范措施

  振荡原因

  以恒流源驱动芯片应用方案为例解释OUT端口振荡现象。

  系统应用图(含寄生参数)

  电感L0、L1……LN是系统电源走线上的寄生电感,电容C0是走线寄生电容。

  系统电源VIN上电时,OUT端口电压下降超过LED灯电压降后,OUT端口开始输出电流,寄生电感L0~LN上的电流发生变化,因此系统电源走线上的电压出现纹波。

  上图中,OUT端口输出电流开启,端口寄生电感L上产生电压突波,同时电源VIN存在电压纹波,因此芯片OUT端口出现较大幅度的电压纹波。

  LED显示屏上所有的LED灯同时被点亮,即屏上所有驱动端口开启输出电流,在此瞬间OUT端口的电压纹波来源:1)芯片OUT端口寄生电感产生OUT端口电压纹波;2)各条电源或者地线上的寄生电感导致系统电源VIN上产生电压纹波,串联传输至芯片OUT端口。

  另外,增加驱动端口响应时间的做法,会造成低灰显示效果差的问题。

  防范措施

  从上述分析可知,避免端口振荡的措施为:

  1, 驱动芯片稳定性:更换稳定性更好的驱动芯片,从源头上避免振荡出现。

  2, 模组走线优化,减少寄生电感:尽量采用地线,电源线铺铜的方式,但是受限于板上空间限制,改善空间不大。

  3, 模组电容加大:会带来成本的增加。

  结语

  由于市面上某些驱动芯片的内部稳定性较差,在板上寄生电感影响下,出现驱动端口振荡的问题。这样会导致显示效果差、缩短LED灯及电源寿命、更高的EMI、电容异响等问题。

  采用稳定性较高的驱动芯片能够避免出现端口振荡问题。

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