Источники питания для LCD и LED дисплеев. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Жидкокристаллические (LCD) индикаторы и дисплеи на основе светоизлучающих диодов (LED) могут работать от обычных источников питания. Однако это не является лучшим способом подачи питания. Ниже будут показаны варианты включения с использованием специализированных микросхем - регуляторов напряжения, которое выпускается фирмой MAXIM.

Использование цифрового потенциометра для регулирования светодиодной подсветки

Выпускаемый 5-ти разрядный программируемый потенциометр DS 1050 используется в качестве основного элемента широтно-импульсного модулятора (ШИМ). Изменение ширины импульса от 0 до 100% с шагом в 3, 125%. Управление потенциометром осуществляется по двухпроводному последовательному интерфейсу, совместимому с I²C, с адресацией до восьми DS 1050 на двухпроводной шине. Схемное решение управления яркостью светодиодной подсветкой жидкокристаллического индикатора представлено на рис. 1.

Рис. 1.

Эта схема не предназначена для управления напряжением контраста жидкокристаллического индикатора. Используемый в этом примере символьный дисплей 20х4 типа DMC 20481фирмы Optrex имеет желто - зеленую светодиодную подсветку. Прямое падение напряжения на светодиодах составляет 4,1 Вольта, а максимальный прямой ток - 260 мА.

Изменяя скважность широтно - импульсного модулятора, тем самым изменяется подводимая мощность к светодиодам. Когда импульс составляет 100% времени цикла режима - имеем максимальную подачу мощности питания и, соответственно, максимальную яркость свечения. И, наоборот, когда импульс цикла составляет 0%, яркость свечения также нулевая.

Управление ШИМ - модулятором довольно простое. Единственное требование, чтобы светодиоды не мигали. Наши глаза не могут видеть мигание при частоте от 30 Гц и выше. Самый "медленный" DS1050 работает на частоте 1 кГц. Этого вполне достаточно и для визуального наблюдения и минимизации электромагнитного излучения. Необходимо выбрать МОП - транзистор Q1 так, чтобы он мог непосредственно управляться от 5-ти вольтового широтно-импульсного модулятора, напряжение которого меняется от "земли" до V_cc. По умолчанию при включении питания скважность ШИМ равна 2. Транзистор Q1, управляемый ШИ-сигналом, может коммутировать ток величиной 260 мА, который необходим для светодиодной подсветки. Напряжение порога затвора транзистора Q1 составляет 2-4 Вольта. Диод D1 типа 1N4001 используется для снижения Vcc до 4,3 вольт, что меньше максимального прямого падения напряжения на светодиодах. Резистор вместо указанного диода не используется из-за большой мощности рассеяния. Для надежного закрытия МОП-транзистора ставят резистор R3, что исключает "плавающий" режим затвора Q1.

Конденсатор С1 используется в качестве фильтра питания, должен хорошо работать на высокой частоте и устанавливается максимально близко к выводам U1, при минимальном расстоянии до источника питания.

Цифровой потенциометр DS 1050 - 001 устанавливается аппаратно с адресом А=000. Программу для микроконтроллера типа 8051 можно взять в приложении к "App. note 163" на сайте фирмы MAXIM.

Для управления контрастом жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) вместо традиционных механических потенциометров предлагается использовать цифровой потенциометр типа DS1668/1669 Dallastats или DS 1803. Приборы DS1668/1669 были выбраны, потому что они обеспечивают как кнопочное, так и микроконтроллерное управление токосъемного контакта. Важно также, что эти приборы имеют внутреннюю энергонезависимую память, которая позволяет сохранять положение токосъемника без подачи электропитания. На рис. 2. представлена схема для управления контрастом для ЖКИ с использованием цифрового потенциометра DS 1669.

Рис. 2. .

Конечно, здесь может быть применен и сдвоенный цифровой потенциометр типа DS 1803.

Жидкокристаллический модуль (LCM) запитывается от 5 Вольт. Это же напряжение поступает на DS 1669, сопротивление которого 10 кОм. Терминал токосъемника соединяется непосредственно с вводом питания V_o драйвера LCM.

Применение цифрового потенциометра позволяет уменьшить размеры устройства, существенно увеличить долговечность и перевести управление на системный микроконтроллер.

Ну, а теперь снова вернемся к управлению светодиодами. С увеличением популярности цветных жидкокристаллических дисплеев в мобильных телефонах, "карманных" компьютерах, цифровых камерах и пр. становятся популярными источниками освещения белые светодиоды.

Белый свет могут обеспечить либо флуоресцентные лампы с холодным катодом (CCFLS), либо белые светодиоды. Из-за размера, сложности, высокой стоимости CCFLS, долгое время был единственным источником белого цвета. Но теперь они сдают свои позиции белым светодиодам. Им не требуется высокое напряжение (200 - 500 В переменного тока) и большой трансформатор для получения такого напряжения. И хотя прямое падение напряжения на белом светодиоде (от 3 до 4В) выше, чем на красном (1,8В) или зеленом (2,2 - 2,4В), все равно для них требуются достаточно простые источники питания. Яркость белого светодиода управляется изменением проходящего через него тока. Полная яркость происходит при токе 20 mA. С уменьшением проходящего через светодиод тока яркость уменьшается. Для цифровых камер и мобильных телефонов обычно требуются от 2 до 3 светодиодов. Может быть 2 способа группового включения светодиодов: параллельный и последовательный.

При последовательном включении светодиодов величина тока через каждый будет гарантированно одинаковая. Но такое включение требует более высокого напряжения, чем при параллельном включении. При параллельном включении напряжение примерно равно прямому падению напряжения на одном светодиоде вместо падения напряжения на всем ряде светодиодов. Однако яркость диодов может быть различной из-за разброса прямого падения напряжения на светодиодах, следовательно, разных токов, если они не регулируются. Напряжения батареи в большинстве случаев недостаточно для свечения белого светодиода, поэтому необходимо применять конвертор DC/DC. При этом желательно параллельное включение светодиодов, т. к. преобразователи DC/DC наиболее эффективны при малом отношении повышенного выходного напряжения к входному.

Параллельное включение светодиодов

Есть три основных способа параллельного подключения светодиодов, как показано на рис. 3.

Рис. 3.

1. Независимое регулирование тока через каждый диод.
2. Токи регулируются балластными резисторами от источника с регулируемым напряжением, соответствующему прямому падению напряжения на светодиоде.
3. От источника с регулируемым током получают напряжение, равное падению напряжения на регулируемом светодиоде и резисторе, и с помощью балластных резисторов регулируют ток через остальные светодиоды.

Рассмотрим поподробнее эти варианты включения

Простой способ управления током, протекающим через светодиоды, состоит в использовании микросхемы, специально разработанной для этих целей. Схема включения представлена на рис. 4. Здесь показана дешевая микросхема MAX1916, которая позволяет регулировать ток через 3 белых светодиода. Абсолютная точность тока составляет 10%, а токи, протекаемые через светодиоды, отличаются не более 0,3%. Это наиболее важная характеристика, так как световые потоки от каждого светодиода должны быть одинаковыми. При полной яркости свечения ток через светодиод равен 20 mA. В этом случае достаточно 225 мВ, превышающие падение напряжения на светодиодах, чтобы микросхема поддерживала установленное значение тока. Установка тока через светодиоды производится с помощью резистора R_set. Уравнение для расчета тока имеет следующий вид.

где:
I_led - ток, протекаемый через светодиод [mA]
230 - коэффициент преобразования микросхемы
U_out - выходное напряжение регулятора
U_set = 1, 215 В
R_set -резистор, устанавливаемый между выходом регулятора и входом SET MAX1916 (кОм).

Рис. 4.

Абсолютный ток тоже должен управляться, но яркость будет изменяться в целом для всего устройства (например, дисплей телефона). Изменение яркости можно получить подачей на вход разрешения (EN) микросхемы сигнала с широтно-импульсной модуляцией. Максимальная яркость будет при 100% ширине импульса, а при 0% - светодиод не светит.

Этот способ включения менее точен, так как не регулируются индивидуальные токи через каждый светодиод. Как можно увеличить абсолютную точность протекаемых токов и соответствия их через каждый диод?

Ток через светодиод рассчитывается по формуле:

I_led = (V_out - V_d)/R

Из за производственных разбросов даже при одинаковых токах прямое падение напряжения на светодиоде (V_d) может быть различным. Можно записать отношение двух токов через 2 диода

I1/I2 = R2/R1 [(V_out - V_d1)/(V_out - V_d2)]

Принимая во внимание, что резисторы имеют высокую точность (это допустимо), имеем:

I1/I2 = (V_out - V_d1)/(V_out - V_d2)

Отсюда следует, что отношение (разница) токов через диоды тем меньше, чем выше выходное напряжение источника питания. Нужно иметь в виду, что сближение значений токов через светодиоды оплачивается более высокой потребляемой мощностью. Поэтому можно рекомендовать напряжение на выходе регулятора равное 5 Вольт.

Для получения такого напряжения можно использовать простые преобразователи типа MAX 1595 (U_вых = 5В, I_вых = 125 мA), или использовать преобразователи MAX1759 с регулируемым выходом. Таким образом, изменяя выходное напряжение регулятора можно корректировать токи в светодиодах до нужного уровня (например, 20 мA). Если нет возможности корректировать ток регулируемым на выходе источника питания напряжения, то параллельно балластным резисторам R1a:R3a ставят резисторы и МОП - транзисторы, как показано на рис. 5. Включая и выключая логическим уровнем МОП - транзисторы, можно подключать или отключать дополнительные резисторы R1в:.R3в, эффективно изменяя значение балластного резистора.

Рис. 5.

Использование преобразователя с регулируемым выходным током. На рис. 3с показан принцип использования преобразователя с регулируемым выходным током. В этом сценарии ток через один из диодов (рис. 3с - D1) преобразован в падение напряжения на резисторе R1 и именно это напряжение поддерживается преобразователем. Преобразователь может быть ключевого типа, на переключаемых конденсаторах или линейным регулятором.

Уравнение для тока через светодиод такое же, что представлено выше.

I_x = (V_out - V_dx)/R_x (1)

Но в этом случае V_out не регулируется, а I1 регулируется и его значение составляет

I1 = V_o.c / R1 (2)

где: V_o.c - напряжение обратной связи снимаемое с резистора R1.

Поскольку регулируется ток только одного диода, разное прямое падение напряжения на светодиодах может вызывать различие протекаемых через них токов. В этом случае можно использовать следующее. Разделим резистор на 2 части: R1 = R1A + R1B и подставим в уравнение (1), а значение R1 в уравнении (2) заменим на R1В. Для R2 и R3 не требуется разбиения резисторов. Их значения должны быть равны R1A + R1B. Теперь на выходе регулятора будет поддерживаться напряжение, определяемое падением напряжения на резисторе R1B, как показано на рис. 6. Если уставка от R1B равна напряжению R1, то усилитель рассогласования останется в прежнем состоянии, выходное напряжение регулятора повысится, что обеспечит согласование токов через каждый светодиод.

Рис. 6.

Последовательное включение светодиодов

Главное преимущество при включении светодиодов в последовательную цепочку состоит в том, что через все диоды протекает одинаковый ток и яркость свечения получается одинаковой. Недостаток при таком включении: требуется более высокое напряжение, так как падение напряжения на каждом светодиоде суммируется. Даже 3 белых светодиода требуют напряжение 9 - 12 вольт. Обычно для такого включения используются ключевые регуляторы, как наиболее эффективные преобразователи для этих целей. На рисунке 7 представлена схема включения ключевого регулятора MAX 1848, предназначенного для управления тремя белыми светодиодами, включенными последовательно. Прибор может запитываться от 2,6 до 5,5 вольт при выходном напряжении до 13 вольт. Входной диапазон рассчитан на одну Li-ионную батарею или 3 NiCD/NiMH батареи. Рабочая частота регулятора - 1,2 мГц, что позволяет использовать внешние компоненты с минимальными габаритами. На выходе ШИМ сигнал. Избыточное напряжение выпрямляется и подается на светодиоды. Ток через светодиоды и, таким образом, яркость может быть отрегулирована с помощью напряжения снимаемого с ЦАП или отфильтрованного ШИМ сигнала, подаваемого на вход CTRL микросхемы MAX 1848. Эффективность MAX 1848 при работе со светодиодами достигает 87%.

Рис. 7

Для больших дисплеев, где требуется много светодиодов, можно использовать ключевой регулятор MAX 1698 (см. рис. 8). Микросхема может работать от входного напряжения всего 0,8 Вольта, а выходное напряжение ограничено рабочим напряжением внешнего n - канального МОП-транзистора. Низкое, до 300 mB напряжение обратной связи (вывод FB) способствует максимальной эффективности схемы, которая достигает 90%. Яркость светодиода регулируется с помощью потенциометра, у которого щетка соединяется с выводом ADJ микросхемы. Потенциометр может быть использован как аналоговый, так и цифровой.

Рис. 8

Конечно, число микросхем, которые используются для питания и подсветки в жидкокристаллических и светодиодных дисплеях, не ограничено представленными в статье наименованиями. Если читатель захочет подобрать необходимые для его конкретного случая микросхемы, то нет ничего проще, как войти на сайт maxim-ic.com и там ознакомиться с характеристиками выпускаемой продукции.

Использованы информационные материалы фирмы MAXIM.

Автор: А. Шитиков; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Новый метод цветной 3D-печати 09.08.2018 Сегодня люди изучают, как можно использовать 3D-печать в сфере производства, медицине, моде и в даже пищевой промышленности. Но одна из наиболее эффективных форм трехмерной печати имеет серьезный недостаток: она позволяет печатать только черно-белые объекты. Исследователи из Института фотонных наук (Испания) изменили метод 3D-печати с технологией SLS - так, чтобы стало возможным печатать во всех цветах радуги. 3D-принтеры с технологией SLS (selective laser sintering) используют лазер для нагрева порошкообразного материала - обычно нейлона или полиамида. Под действием высокой температуры частицы порошка спекаются - и образуется единая твердая масса. Принтер добавляет материал слой за слоем, пока не будет получена желаемая трехмерная структура. Чтобы снизить энергетические потребности процесса, исследователи решили добавить в полимерные порошки специальные соединения - фотосенсибилизаторы: углеродные нанотрубки, углеродную сажу и графен. Эти материалы поглощают свет гораздо сильнее, чем полимеры, и намного быстрее преобразуют его в тепло, что позволяет использовать более дешевые лазеры с более низкой мощностью. Однако фотосенсибилизаторы на основе углерода могут производить печатные объекты только серого или черного цвета. Ученые из Института фотонных наук (ICFO, The Institute of Photonic Sciences) хотели найти фотосенсибилизатор, который позволил бы печатать цветные объекты с помощью SLS-метода. Для этого исследователи разработали золотые наностержни, которые бы интенсивно поглощали свет в инфракрасной области спектра, будучи почти прозрачными для видимого света. Они покрыли микроскопические стержни диоксидом кремния (бесцветными кристаллами, которые обладают высокой прочностью), а затем смешали их с полиамидными порошками для печати трехмерных объектов. Они обнаружили, что золотые наностержни преобразуют свет лазера в тепло намного лучше, чем технический углерод. Кроме того, новые фотосенсибилизаторы помогают производить объекты более чистого белого цвета и - при смешивании с красителями - ярко окрашенные трехмерные предметы.

Другие интересные новости:

▪ Очки виртуальной реальности Panasonic MeganeX

▪ Солнечный велосипед

▪ США построит гигантский завод водородного топлива

▪ Глобальное наводнение откладывается

▪ Самолет можно сделать практически бесшумным

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Бытовые электроприборы. Подборка статей

▪ статья Жак Деррида. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему пожилые японцы говорят, что Харуки Мураками воняет маслом? Подробный ответ

▪ статья Горох посевной. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья ИК-локатор для слепых. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Преобразователь для питания бытовой аппаратуры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026