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项目三LED屏幕显示项目描述从LED的光电特性入手分析恒流式驱动的优越性，进而禅述恒流源电路及其应用；从LED点阵显示屏的结构出发，分析LED点阵显示屏显示字符的原理；从LED点阵显示字符实训，LED显示屏的组装，到LED显示屏的调试和演示操作，使操作技能得到进一步提高。知识目标理解LED在显示领域的应用。任务一恒流式驱动电路技能目标学会LED条形屏的组装。任务任务二点阵显示系统任务三点阵显示系统的组装与软件操作任务一恒流式驱动电路一、恒流式驱动电路1．LED驱动电源的特点及要求首先LED不能直接使用常规的电网电压，从LED的伏安特性可知，只能给LED两端加上一定的直流电压或通上一定的直流电流才能使LED发亮，另外，在选择和设计LED驱动电源时还要考虑到以下几点要求：（1）高可靠性（2）高效率（3）高功率因素（4）驱动方式（5）浪涌保护（6）保护功能（7）防护方面（8）驱动电源寿命要与LED寿命相匹配（9）要符合安规和电磁兼容2．LED采用恒流源驱动的优点（1）从LED的伏安特性分析若是采用恒压式供电，必须要求恒压源有足够高的精度，否则LED工作极其不稳定，甚至会烧坏LED。（2）从伏安特性的温度系数分析LED的伏安特性并不是固定的，而是随温度而变化的，所以电压定了，电流并不一定是不变的，而是随温度变化的。这是因为是LED是一个二极管，它的伏安特性具有负温度系数的特点。（3）LED显示屏的显示效果分析由于LED制造工式的差异性，即使是同厂家同型号的LED，其正向压降也存在有分散性，当采用恒压驱动多只并联的LED时，各工作电流也会有所不同，导致光学特性的不一致，因此，最好的办法是恒流控制。二、恒流式驱动电路的形式与结构1．恒流式驱动（a）三极管的LED负载曲线（b）基极电流控制（c）基极电压控制图3-3LED作负载与三极管串联图3-3（a）是LED作为三极管放大电路的负载曲线，如果直接使用三极管基极电流控制其集电极电流，如图3-3（b）所示，由于三极管放大倍数的分散性，同样的基极电流，会产生不同的集电极电流，因此采用基极电压控制方式更为合理，如图3-3（c）所示，即在发射极中串联电阻Re，这时有Ic≈Ie＝(Ub－Ube)／Re2．基本恒流源电路图3-4基本镜像恒流源基本镜像恒流源电路，如图3-4所示。三极管T1、T2参数完全相同，则有β1＝β2，ICEO1＝ICEO2，由于两管具有相同的基-射极间电压（UBE1＝UBE2)，故IE1＝IE2，IC1＝IC2。当β较大时，基极电流IB可以忽略，所以T2的集电极电流IC2近似等于基准电流IREF，即：IC2＝IC1≈IREF＝(UCC－UBE)／R≈UCC／R由上式可以看出，当R确定后IREF就确定了，IC2也随IREF而定。我们可以把IC2看作是IREF的镜像，所以称为镜像恒流源。图3-5三极管be电压作基准电压的恒流源（2）用三极管提供基准电压的恒流源（3）用稳压二极管提供基准电压的恒流源图3-6稳压二极管作基准电压的恒流源（4）用三端可调电压基准集成电路提供基准电压的恒流源图3-7TL431的图形符号和外形图TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置从2.5V到36V范围内的任何基准电压值。TL431可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法如图3-8所示。图（a）作为2.5V基准电压源；图（b）作为可调基准电压源，电阻R1和R2与输出电压的关系为UO=2.5(1+R1/R2)V。（a）2.5V基准源（b）可调基准源图3-8TL431的基本连接方式如图3-9所示，是TL431作2.5V基准电压的恒流源，电阻R2是电压取样电阻。一旦需要的电流大小确定后，这个阻值就定了，R2＝2.5／I。图3-9TL431作基准电压的恒流源3．集成恒流源目前由于LED的广泛使用，对LED驱动电路的功能和品质等各方面均提出了较高的要求，现在许多集成电路（IC）产家已生产出各种类型的LED驱动IC，以便在不同的情况下供设计人员选择，LED驱动IC目前市场需求按应用来分基本有四大类：（1）用于消费性电子产品，其应用特点是以电池为能源，一般为4.2V～8.4V，因此低电压、小电流的LED驱动电源是目前量大面广的产品，消费性电子产品的LED驱动电源拥有比较成熟的技术、产品和相对成熟的市场。（2）用于汽车照明产品，因其电源稳压器来自汽车蓄电池，一般是48V，所以需要较高电压降压的LED驱动IC。汽车照明产品使用LED的数量较多，LED多采用串、并联连接，需要较高的电压，对于取自48V汽车蓄电池的电源来说是十分方便的。（3）用于建筑装饰照明和家庭照明，主要功能是将交流电压转换为恒流电源，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。建筑装饰照明和家庭照明，则需要将交流（AC）能直接变换成直流（DC）恒流源的LED驱动IC，目前还不能提供单个的集成电路产品，大多数是模块化电路。（4）用于LED屏幕显示，LED显示屏驱动IC可分为通用IC和专用IC两种。三、集成恒流源电路的应用1．低电压类IC低电压类IC是指其输入电压低，一般不超过DC15V，主要在以电池为电源的便携式产品中使用。可实现低电压类驱动的IC型号较多，几乎大多数的IC生产公司均有相似的产品。每个型号的LED驱动IC既有共同点，又有各自的特点。如有的具有可调光功能，（1）LM3590为小功率白色LED简单驱动IC，如图3-10所示是它的外形图，输入电压6V～12V；输出电流20mA；降压型；SOT23–5贴片封装。图3-10LM3590外形图LM3590的引脚功能：1—可编程电流输入端，编程电阻RSET=100×（1．25／IOUT）；2—地；3—恒流输出端；4—电压输入端，输入电压范围6V～12V；5—使能端。EN为低电平时，无输出；EN为高电平时，有输出。LM3590的典型应用电路，如图3-11所示。图3-11LM3590的典型应用电路（2）MAX1561为高效率升压型变换器，它们能够以恒定电流、87％的效率驱动多达6个白光LED，可为便携式电子设备提供背光照明。其升压转换结构允许白光LED串联连接，使每个LED保持相同的电流，以获得均匀的亮度，不需要限流电阻。图3-12MAX1561的典型应用电路2．中电压类IC中电压类IC是指其输入电压一般在几伏至几十伏之间，该类IC主要可用于以蓄电池为输入电压源，以汽车的LED灯饰产品为主，如用于汽车阅读灯、刹车灯、转向灯等。AMC7150的典型应用电路，如图3-13所示。图3-13AMC7150的典型应用电路3．高电压类IC高电压类IC是指其输入电压一般可达到几百伏，它的输入端能承受由市电直接整流得到的全部直流电压，而不需要降压。这类IC主要用于以市电为电源的各种照明中，如户外景观灯、LED路灯、LED日光灯、LED射灯、LED台灯等。HV9910的典型应用电路，如图3-14所示。图3-13AMC7150的典型应用电路四、LM317恒流源电路的分析和指导1．LM317集成电路介绍LM317是三端可调稳压集成电路，输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。图3-15LM317外形图和图形符号2．用LM317构建恒流源电路图3-16LM317的恒流源电路LM317工作时，LM317建立并保持输出端与调节端之间1．25V的标称参考电压(Vref)，利用这一特点可以构建一个简单的恒流源电路，如图3-16所示。从图可以看出，流过负载RL的电流IO为：IO＝I1＋I2。而I2＝U21／R1，因U21之间的电压为1.25V且固定不变，若保持R1不变，则I2也就不变，又因I1相对于IO而言很小，所以IO≈I2能保持不变，即输出电流恒定。3．LM317构成恒流源驱动LED图3-17由LM317构成LED恒流驱动电路LED选用普通白光型，其工作电压为3.0～3.5V，工作电流为15mA～20mA，电源输入电压为12V，因本电路是降压型，故UO必须小于Ui，因此采用3只LED串联组成一条支路，共用12只LED组成四条支路。复习思考题1．LED驱动电源的特点是什么？2．用恒流源驱动LED，是不是说LED可以无限制的串联或并联使用？3．LED驱动IC按应用来分有几类？主要用于哪些场合？4.低压类、中压类和高压类的驱动IC有什么主要的区别？技能训练一恒流源驱动电路的制作和安装1.实训目的（1）进一步了解LM317组成的恒流源驱动LED电路工作原理；（2）学习用LM317组建恒流源电路的方法和实际电路的连接；（3）学习LED驱动电源性能的测试方法。2.实训器材按表3-1恒流源驱动电路的制作和安装实训器材准备。表3-1恒流源驱动电路的制作和安装实训器材序号名称型号与规格数量1三端可调稳压器集成电路LM31712电阻18Ω，1／4W13LED普通白光124万能板单面板15可调直流电源0～24V16数字万用表自定17电烙铁35W（或自定）13.实训内容与步骤按图3-17所示，制作和安装恒流源驱动电路的步骤如下。（1）用万用表检测各元器件，确认各元器件的引脚和极性。（2）按装配图，安装元器件。（3）焊接元器件；焊接元器件间的连接线。（4）检查电路无误后，焊上断口K1和K2，接通电源（DC12V），LED点亮。4．LM317恒流源驱动LED电路的测试与分析（1）电路的稳流性能测试输入电压从8V逐渐增加到15V，测量电路的输出电流，并观察LED的亮度变化情况。测量数据填入表3-2中。表3-2电路的稳流性能测试序号输入电压（V）输出电流（mA）LED亮否1829310411512613714815（2）电路的效率测试电路的输入电压保持12V，分别测量下列三种情况时电路的输入电压和电流，输出电压和电流，并计算电路的效率，结果填入表3-3中。①当每支路的LED为三只串联时，保持原电路不变；②当每支路的LED为二只串联时，将电路中的A–O、B–O、C–O和D–O短接；③当每支路的LED为一只串联时，将电路中的E–O、F–O、G–O和H–O短接。表3-3电路的效率测试LED串数量输入电压（V）输入电流（mA）输出电压（V）输出电流（mA）效率η32100100输入电流输入电压输出电流输出电压5.问题讨论（1）从电路的稳流性能测试中分析，当电源电压变化时，电路能否稳流？电源电压的变化是否有一定的范围？（2）从电路的效率测试中分析，哪一种情况电路的效率最高？为什么？（3）在图3-17的电路中，若LED串的并联数再增加，电路能否正常工作？电路中的哪些元件及参数要做何调整？一、点阵显示系统1．LED显示屏概述随着社会的发展，人们需要—种大屏幕的显示设备，于是有了投影仪，但是其亮度无法在自然光下使用，于是出现了LED显示屏(器)，它具有视角大、亮度高、色彩艳丽的特点。目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。LED大屏幕的发展呈现如下几个阶段：（1）第一代——单色LED显示屏（2）第二代——双基色多灰度显示屏（3）第三代——全彩色多灰度显示屏（4）第四代——真彩色多灰度显示屏2．LED点阵模块LED点阵模块是一种显示器件，是组成显示屏的基本单元。它由发光二极管按一定规律排列在一起再封装起来，加上一些防水处理组成的产品。LED点阵模块内部电路的连接方式不同可分为共阴极和共阳极两种，如图3-19所示。任务二点阵显示系统（a）LED共阴极连接（b）LED共阳极连接图3-19点阵模块内部LED两种连接方式图3-20单色点阵模块外形图8×8的单色共阳极LED点阵模块的内部结构，如图3-22所示，3．LED显示屏的显示原理图3-25三只LED扫描显示LED点阵显示屏大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于24帧／秒，人