三基色LED驅動原理及IC線路設計

　　在三基色設計應用中通常是,通過調節(jié)設定LED電流來達到白平衡和最大的期望亮度值.

　　我們一般將最簡單、最優(yōu)化的配色方式作為,設計全彩顯示技術的顏色再現方法.白平衡是檢驗顏色組成的重要標志之一.三基色白光一般是紅綠藍三基色按亮度比例混合而成,當光線中綠色的亮度為69%,紅色的亮度為21%,藍色的亮度為10%時,混色后人眼感覺到的是純白色.早前的CRT電視機到現在的LCD液晶顯示都是這樣組成的,LED當然將成熟的技術照搬.

　　LED 紅、綠、藍三色的色品坐標因工藝過程等原因無法達到全色譜的效果,而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光,稱為配色.當為全彩色LED 顯示屏進行配色前,為了達到最佳亮度和最低的成本,應盡量選擇三原色發(fā)光強度成大致為3:6:1 比例的LED 器件組成像素.白平衡要求三種原色在相同的調配值下合成的仍舊為純正的白色.單就LED來說是很難實現,為了解決此類問題,一般IC都會設計設置電流大小的功能,便于不同批次LED都可以達到同樣的白光效果.

　　我們一般把可以合成的顏色叫做,原色;在應用中的紅、綠、藍三色叫做,基色.色度圖中的三個頂點為理想的原色波長.如果原色有偏差,則可合成顏色的區(qū)域會減小,光譜表中的三角形會縮小,從視覺角度來看,色彩不僅會有偏差,豐富程度減少,見下圖.

　　LED 發(fā)出的紅、綠、藍光線根據其不同波長特性可大致分為紫紅、純紅、橙紅、橙、橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等,橙紅、黃綠、藍紫色較純紅、純綠、純藍價格上便宜很多.三個原色中綠色最為重要,因為綠色占據了白色中69%的亮度,且處于色彩橫向排列表的中心.因此在權衡顏色的純度和價格兩者之間的關系時,綠色是著重考慮的對象.

　　三基色PWM調光

　　PWM Dimming (脈寬調制),是LED最佳的灰度調節(jié)方式.PWM說的容易理解些,就是控制LED開和關的時間比例,將開和關的時間比例劃分為若干等級,LED就會顯示出相應數量的灰階.

　　PWM頻率:剛才說了PWM就是打開和關閉LED的時間比例實現的,但是開關次數不能使太低,最起碼要欺騙過眼睛.借鑒電視機的經驗一般大于100Hz,有些LED顯示屏會受到攝像機的拍攝,有條件的建議設計在300-500Hz較為合理.

　　在三基色設計應用中通常是,通過調節(jié)LED電流來達到白平衡和最大的期望亮度,通過控制PWM來實現灰階等級.LED領域灰度等級數目分別有7色、8級、16級、32級、64級、128級、256級、512級等幾種方式.也可以是不同的數量級,這些數量等級主要是便于數字線路數據處理而已.比如非要劃分為100級,那也是可以的.

　　三基色的灰度等級乘積,是產品理論可以再現的顏色數量,通常我們說多少種顏色.例如:單色是256色,紅256(級)×綠256(級)×藍256(級)= 16777216(16KK種顏色).

　　單色256級灰度已經完全滿足眼睛的色域需要,目前的LCD液晶顯示器就是這樣,也是目前IC支持最多的灰階之一.因LED色差較大有使用512級灰度,實際使用矯正后的部分灰度顯示.512灰階比較有代表性的IC有,MBI5030、TLC5940、DM137、DM133、DM412等.點校正的設計方法.這個方法用來在大型顯示器中校準每個象素.校準完成后,或者說完成點校正之后,當顯示器調整到某個特定亮度時,每個象素都能提供一樣的亮度等級.

　　其它低灰階等級,可以在設計時按需要不同選擇.比如在商業(yè)裝飾照明上面32級就夠了,出文字符號等會更低.單色照明亮度調整16級即可滿足要求.

　　通用型驅動方式-74HC595

　　74HC595通用邏輯器件,在數字線路上面一直扮演著重要的角色,在LED前階段沒有很好的IC支持時,74HC595串行數據傳輸在LED上得到了應用.在目前的產品設計中還是有許多廠家使用.實際優(yōu)勢并不明顯,74HC595是解決了數據級聯傳輸問題,但是IC并不恒流,一般是靠電阻限流或橋接小電流線路解決.長距離壓差問題,恒流顯得非常重要,恒流誤差也會較大的影響高灰度表現.輸出驅動訊號是類似PWM信號,灰度是控制器產生的,要是設計較大的項目,就需要較快的傳輸速度和刷新率,所以對控制器和線路級聯要求相對較高.

　　目前使用74HC595并不節(jié)省成本.一是,時鐘、鎖存、灰度是并行傳輸,需要74HC245配合,這也是成本;二是,大數據量的傳輸速度會增加線路成本和控制器成本,開發(fā)難度高.總之,74HC595是借到LED領域使用的,利用三位顯示RGB,閑置五位,一定會被專用IC所取代.已經使用習慣了,使用在要求不高的場合還是可以的,新上項目就不建議大家再使用.

　　WS2703 芯片是專門為LED 驅動應用設計的芯片,可以應用于LED 顯示系統(tǒng),特比適合多離散點的級連應用.WS2703 提供了3 個恒定電流驅動輸出,驅動電流最大為50mA.WS2703 芯片包括串行移位寄存器和輸出寄存器.經串行移位寄存器,串移輸入轉為3bit 并行輸出,并把該輸出作為輸出寄存器的輸入.串移寄存器和輸出寄存器由不同的時鐘信號控制,并且都是在時鐘信號的上升沿有效.WS2703 將控制信號驅動后輸出,該輸出可作為后級電路的輸入信號.

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