三基色LED驅(qū)動原理及IC線路設(shè)計

　　在三基色設(shè)計應(yīng)用中通常是,通過調(diào)節(jié)設(shè)定LED電流來達(dá)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(shè)計全彩顯示技術(shù)的顏色再現(xiàn)方法.白平衡是檢驗顏色組成的重要標(biāo)志之一.三基色白光一般是紅綠藍(lán)三基色按亮度比例混合而成,當(dāng)光線中綠色的亮度為69%,紅色的亮度為21%,藍(lán)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(jī)到現(xiàn)在的LCD液晶顯示都是這樣組成的,LED當(dāng)然將成熟的技術(shù)照搬.

　　LED 紅、綠、藍(lán)三色的色品坐標(biāo)因工藝過程等原因無法達(dá)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(dāng)為全彩色LED 顯示屏進(jìn)行配色前,為了達(dá)到最佳亮度和最低的成本,應(yīng)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(diào)配值下合成的仍舊為純正的白色.單就LED來說是很難實現(xiàn),為了解決此類問題,一般IC都會設(shè)計設(shè)置電流大小的功能,便于不同批次LED都可以達(dá)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(yīng)用中的紅、綠、藍(lán)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(lán)光線根據(jù)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(lán)綠、純藍(lán)、藍(lán)紫等,橙紅、黃綠、藍(lán)紫色較純紅、純綠、純藍(lán)價格上便宜很多.三個原色中綠色最為重要,因為綠色占據(jù)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(quán)衡顏色的純度和價格兩者之間的關(guān)系時,綠色是著重考慮的對象.

　　三基色PWM調(diào)光

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

　　PWM頻率:剛才說了PWM就是打開和關(guān)閉LED的時間比例實現(xiàn)的,但是開關(guān)次數(shù)不能使太低,最起碼要欺騙過眼睛.借鑒電視機(jī)的經(jīng)驗一般大于100Hz,有些LED顯示屏?xí)艿綌z像機(jī)的拍攝,有條件的建議設(shè)計在300-500Hz較為合理.

　　在三基色設(shè)計應(yīng)用中通常是,通過調(diào)節(jié)LED電流來達(dá)到白平衡和最大的期望亮度,通過控制PWM來實現(xiàn)灰階等級.LED領(lǐng)域灰度等級數(shù)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(shù)量級,這些數(shù)量等級主要是便于數(shù)字線路數(shù)據(jù)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(chǎn)品理論可以再現(xiàn)的顏色數(shù)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(lán)256(級)= 16777216(16KK種顏色).

　　單色256級灰度已經(jīng)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(shè)計方法.這個方法用來在大型顯示器中校準(zhǔn)每個象素.校準(zhǔn)完成后,或者說完成點校正之后,當(dāng)顯示器調(diào)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(shè)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(diào)整16級即可滿足要求.

　　通用型驅(qū)動方式-74HC595

　　74HC595通用邏輯器件,在數(shù)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(shù)據(jù)傳輸在LED上得到了應(yīng)用.在目前的產(chǎn)品設(shè)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(shù)據(jù)級聯(lián)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(xiàn).輸出驅(qū)動訊號是類似PWM信號,灰度是控制器產(chǎn)生的,要是設(shè)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(lián)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(shù)據(jù)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(lǐng)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(jīng)使用習(xí)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(qū)動應(yīng)用設(shè)計的芯片,可以應(yīng)用于LED 顯示系統(tǒng),特比適合多離散點的級連應(yīng)用.WS2703 提供了3 個恒定電流驅(qū)動輸出,驅(qū)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(jīng)串行移位寄存器,串移輸入轉(zhuǎn)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(qū)動后輸出,該輸出可作為后級電路的輸入信號.

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