LCD 및 LED 디스플레이용 전원 공급 장치. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 전원 공급 장치

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액정 디스플레이(LCD) 표시기 및 발광 다이오드(LED) 기반 디스플레이는 기존 전원 공급 장치에서 작동할 수 있습니다. 그러나 이것이 전원을 공급하는 가장 좋은 방법은 아닙니다. 아래에는 MAXIM에서 생산하는 전압 조정기인 특수 미세 회로를 사용하여 켜는 옵션이 표시됩니다.

디지털 전위차계를 사용하여 LED 백라이트 조정

DS 5 1050비트 프로그램 가능 전위차계는 펄스 폭 변조기(PWM)의 주요 요소로 사용됩니다. 펄스 폭을 0에서 100%까지 3단계, 125%로 변경합니다. 전위차계는 I와 호환되는 XNUMX선 직렬 인터페이스로 제어됩니다.²C, 1050선 버스에서 최대 1개의 DS XNUMX 주소 지정. 액정 디스플레이의 LED 백라이트의 밝기를 제어하기 위한 회로 솔루션이 그림 XNUMX에 나와 있습니다. 하나.

그림. 1.

이 회로는 LCD 대비 전압을 제어하도록 설계되지 않았습니다. 이 예에 사용된 20x4 문자 디스플레이(Optrex의 DMC 20481 유형)에는 황록색 LED 백라이트가 있습니다. LED 양단의 순방향 전압 강하는 4,1볼트이고 최대 순방향 전류는 260mA입니다.

펄스 폭 변조기의 듀티 사이클을 변경하여 LED에 대한 입력 전원을 변경합니다. 펄스가 모드 사이클 시간의 100%일 때 최대 전원 공급 장치가 있으므로 글로우의 최대 밝기가 됩니다. 반대로 주기 운동량이 0%이면 글로우의 밝기도 XNUMX입니다.

PWM 변조기의 제어는 매우 간단합니다. 유일한 요구 사항은 LED가 깜박이지 않는다는 것입니다. 우리의 눈은 30Hz 이상의 주파수에서 깜박임을 볼 수 없습니다. "가장 느린" DS1050은 1kHz에서 작동합니다. 이것은 육안 관찰 및 전자기 방사선 최소화에 충분합니다. MOS 트랜지스터 Q1은 전압이 접지에서 V로 변하는 5V 펄스 폭 변조기에 의해 직접 구동될 수 있도록 선택되어야 합니다._cc. 전원 공급 시 기본 PWM 듀티 사이클은 2입니다. PWM 구동 트랜지스터 Q1은 LED 백라이트에 필요한 260mA를 전환할 수 있습니다. 트랜지스터(Q1)의 게이트 임계 전압은 2-4볼트이다. 다이오드 D1 유형 1N4001은 Vcc를 LED의 최대 순방향 전압 강하보다 작은 4,3V로 낮추는 데 사용됩니다. 높은 전력 손실로 인해 지정된 다이오드 대신 저항을 사용하지 않습니다. MOSFET을 안정적으로 닫기 위해 Q3의 "플로팅" 게이트 모드를 제거하는 저항 R1이 설치됩니다.

커패시터 C1은 전원 필터로 사용되며 고주파에서 잘 작동해야 하며 전원과의 거리를 최소화하면서 U1의 단자에 최대한 가깝게 설치합니다.

디지털 전위차계 DS 1050 - 001은 주소 A=000인 하드웨어에 의해 설정됩니다. 마이크로컨트롤러 유형 8051용 프로그램은 MAXIM 웹사이트의 "App. note 163" 부록에서 찾을 수 있습니다.

LCD(액정 디스플레이)의 대비를 제어하기 위해 기존의 기계식 전위차계 대신 DS1668/1669 Dallasstats 또는 DS 1803과 같은 디지털 전위차계를 사용하는 것이 좋습니다. 및 집전체 접점의 마이크로컨트롤러 제어. 또한 이러한 장치에는 전원 공급 없이 집전체의 위치를 ​​저장할 수 있는 내부 비휘발성 메모리가 있어야 합니다. 무화과에. 그림 1668는 DS 1669 디지털 전위차계를 사용한 LCD 대비 제어의 개략도를 보여줍니다.

쌀. 2. .

물론 이중 디지털 포텐셔미터 유형 DS 1803도 여기에 사용할 수 있습니다.

액정 모듈(LCM)은 5볼트에 의해 전원이 공급됩니다. 저항이 1669kOhm인 DS 10에 동일한 전압이 공급됩니다. 집전체 단자는 전원 입력 V에 직접 연결됩니다._o LCM 드라이버.

디지털 전위차계를 사용하면 장치의 크기를 줄이고 내구성을 크게 높이며 시스템 마이크로컨트롤러로 제어를 전달할 수 있습니다.

자, 이제 LED 제어로 돌아갑니다. 휴대폰, PDA, 디지털 카메라 등에서 컬러 액정 디스플레이의 인기가 높아짐에 따라 백색 LED가 대중적인 광원이 되고 있습니다.

백색광은 냉음극 형광등(CCFLS) 또는 백색 LED에 의해 제공될 수 있습니다. 크기, 복잡성 및 높은 비용으로 인해 CCFLS는 오랫동안 유일한 백색 공급원이었습니다. 그러나 이제 그들은 백색 LED에 기반을 잃고 있습니다. 이 전압을 생성하기 위해 고전압(200 - 500VAC)과 대형 변압기가 필요하지 않습니다. 백색 LED(3~4V)의 순방향 전압 강하는 적색(1,8V) 또는 녹색(2,2~2,4V)보다 높지만 여전히 상당히 간단한 전원 공급 장치가 필요합니다. 백색 LED의 밝기는 이를 통해 흐르는 전류를 변경하여 제어됩니다. 최대 밝기는 20mA에서 발생합니다. LED에 흐르는 전류가 감소함에 따라 밝기가 감소합니다. 디지털 카메라와 휴대폰에는 일반적으로 2~3개의 LED가 필요합니다. LED를 그룹화하는 방법에는 병렬 및 직렬의 두 가지가 있습니다.

LED가 직렬로 연결되면 각각을 통과하는 전류는 동일하게 보장됩니다. 그러나 이러한 포함에는 병렬 연결보다 더 높은 전압이 필요합니다. 병렬로 연결된 경우 전압은 전체 LED 행의 전압 강하 대신 단일 LED의 순방향 전압 강하와 거의 같습니다. 그러나 다이오드의 밝기는 LED에 걸친 순방향 전압 강하의 확산으로 인해 다를 수 있으므로 조정되지 않으면 전류가 달라집니다. 대부분의 경우 배터리 전압은 백색 LED를 켜기에 충분하지 않으므로 DC/DC 컨버터를 사용해야 합니다. 이 경우 LED의 병렬 연결이 바람직합니다. 왜냐하면 DC/DC 컨버터는 입력 전압에 대한 증가된 출력 전압의 비율이 작을 때 가장 효과적이기 때문입니다.

LED 병렬 연결

그림 3과 같이 LED를 병렬로 연결하는 세 가지 주요 방법이 있습니다. 삼.

그림. 3.

1. 각 다이오드를 통한 독립적인 전류 조절.
2. 전류는 LED 양단의 순방향 전압 강하에 해당하는 전압 조정 소스의 안정기 저항에 의해 조정됩니다.
3. 조정 가능한 전류가 있는 소스에서 조정 가능한 LED 및 저항기의 전압 강하와 동일한 전압이 얻어지고 안정기 저항기를 사용하여 나머지 LED를 통과하는 전류가 조정됩니다.

이러한 옵션을 자세히 살펴보겠습니다.

LED를 통해 흐르는 전류를 제어하는 ​​간단한 방법은 이 목적을 위해 특별히 설계된 칩을 사용하는 것입니다. 스위칭 회로는 Fig. 4. 여기에 표시된 것은 1916개의 백색 LED를 통해 전류를 조정할 수 있는 저렴한 MAX3 칩입니다. 전류의 절대 정확도는 10%이며 LED를 통해 흐르는 전류의 차이는 0,3% 이하입니다. 이것은 각 LED의 광속이 동일해야 하므로 가장 중요한 특성입니다. 최대 밝기에서 LED를 통과하는 전류는 20mA입니다. 이 경우 마이크로 회로가 설정된 전류 값을 유지하기 위해 LED 양단의 전압 강하를 초과하는 225mV이면 충분합니다. LED를 통한 전류 설정은 저항 R을 사용하여 수행됩니다._세트. 전류를 계산하는 방정식은 다음과 같습니다.

지역 :
I_지도 - LED를 통해 흐르는 전류 [mA]
230 - 칩 변환 계수
U_아웃 - 레귤레이터의 출력 전압
U_세트 = 1, 215V
R_세트 - 레귤레이터 출력과 SET MAX1916 입력(kΩ) 사이에 설치된 저항.

그림. 4.

절대 전류도 제어해야 하지만 밝기는 일반적으로 전체 장치(예: 전화 디스플레이)에 대해 변경됩니다. 밝기의 변화는 펄스 폭 변조 신호를 칩의 인에이블(EN) 입력에 인가함으로써 얻을 수 있다. 최대 밝기는 펄스 폭이 100%일 때이고 0%일 때 LED가 빛나지 않습니다.

이 스위칭 방법은 각 LED를 통과하는 개별 전류가 조절되지 않기 때문에 덜 정확합니다. 각 다이오드를 통해 흐르는 전류의 절대 정확도를 높이고 일치시키는 방법은 무엇입니까?

LED를 통과하는 전류는 다음 공식으로 계산됩니다.

I_지도 = (V_아웃 - V_d)/아르 자형

생산 변동으로 인해 동일한 전류에서도 LED 양단의 직접 전압 강하(V_d) 다를 수 있습니다. 2개의 다이오드를 통해 두 전류의 비율을 쓸 수 있습니다.

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

저항이 높은 정확도를 갖는다는 점을 고려하면(허용됨) 다음을 수행합니다.

I1/I2 = (V_아웃 - V_d1)/(V_아웃 - V_d2)

다이오드를 통과하는 전류의 비율(차이)이 작을수록 전원의 출력 전압이 높아집니다. LED를 통한 전류 값의 수렴은 더 높은 전력 소비로 인해 발생한다는 점을 명심해야 합니다. 따라서 레귤레이터의 출력에서 ​​5볼트와 동일한 전압을 권장할 수 있습니다.

이러한 전압을 얻으려면 MAX 1595(U_O = 5V, 나_O = 125mA) 또는 MAX1759 가변 출력 컨버터를 사용하십시오. 따라서 조정기의 출력 전압을 변경하면 LED의 전류를 원하는 수준(예: 20mA)으로 수정할 수 있습니다. 전원 공급 장치의 출력에서 ​​전압을 조정하여 전류를 수정할 수 없으면 그림과 같이 저항 및 MOS 트랜지스터를 안정기 저항 R1a : R3a와 병렬로 배치합니다. 5. 로직 레벨로 MOS 트랜지스터를 켜고 끄면 추가 저항 R1v:.R3v를 연결하거나 분리하여 안정기 저항의 값을 효과적으로 변경할 수 있습니다.

그림. 5.

조정 가능한 출력 전류가 있는 변환기 사용. 무화과에. 도 3c는 가변 출력 전류 변환기를 사용하는 원리를 나타낸다. 이 시나리오에서 다이오드(그림 3c - D1) 중 하나를 통과하는 전류는 저항 R1에 걸친 전압 강하로 변환되며 이 전압은 컨버터에 의해 유지됩니다. 컨버터는 키 유형, 스위치드 커패시터 또는 선형 레귤레이터가 될 수 있습니다.

LED를 통과하는 전류에 대한 방정식은 위와 동일합니다.

I_x = (V_아웃 - V_dx)/아르 자형_x (1)

그러나 이 경우 V_아웃 조정할 수 없지만 I1은 조정 가능하며 그 값은

I1 = V_옥 /R1(2)

어디에: V_옥 - 저항 R1에서 가져온 피드백 전압.

하나의 다이오드의 전류만 조정되기 때문에 LED 양단의 서로 다른 순방향 전압 강하는 LED를 통해 다른 전류가 흐르게 할 수 있습니다. 이 경우 다음을 사용할 수 있습니다. 저항을 R2 \u1d R1A + R1B의 두 부분으로 나누고 방정식 (1)에 대입하고 방정식 (1)의 R2 값을 R1B로 바꿉니다. R2 및 R3에는 저항 분할이 필요하지 않습니다. 값은 R1A + R1B와 같아야 합니다. 이제 레귤레이터의 출력은 그림과 같이 저항 R1B 양단의 전압 강하에 의해 결정된 전압을 유지합니다. 6. R1B의 설정이 R1의 전압과 같으면 오류 증폭기가 동일한 상태로 유지되고 레귤레이터의 출력 전압이 증가하여 각 LED를 통한 전류의 일치가 보장됩니다.

그림. 6.

시퀀싱 LED

직렬 체인으로 LED를 연결하는 주요 이점은 동일한 전류가 모든 다이오드를 통해 흐르고 글로우의 밝기가 동일하다는 것입니다. 이 포함의 단점: 각 LED의 전압 강하가 합산되기 때문에 더 높은 전압이 필요합니다. 3개의 백색 LED라도 9-12볼트가 필요합니다. 일반적으로 이러한 목적에 가장 효과적인 변환기로 주요 레귤레이터가 이러한 포함에 사용됩니다. 그림 7은 직렬로 연결된 1848개의 백색 LED를 제어하도록 설계된 MAX 2,6 키 조정기의 연결 다이어그램을 보여줍니다. 이 장치는 최대 5,5볼트의 출력 전압으로 13~3볼트에서 전원을 공급받을 수 있습니다. 입력 범위는 리튬 이온 배터리 1,2개 또는 NiCD/NiMH 배터리 1848개용으로 설계되었습니다. 레귤레이터의 작동 주파수는 1848MHz로 최소 치수로 외부 부품을 사용할 수 있습니다. 출력은 PWM 신호입니다. 초과 전압은 정류되어 LED에 공급됩니다. LED를 통과하는 전류와 밝기는 MAX 87의 CTRL 입력에 적용된 DAC 샘플링 전압 또는 필터링된 PWM 신호를 사용하여 조정할 수 있습니다. MAX XNUMX은 LED를 사용하여 최대 XNUMX% 효율을 보입니다.

그림. 7

많은 LED가 필요한 대형 디스플레이의 경우 MAX 1698 키 컨트롤러를 사용할 수 있습니다(그림 8 참조). 초소형 회로는 0,8V의 입력 전압으로 작동할 수 있으며 출력 전압은 외부 n채널 MOSFET의 작동 전압에 의해 제한됩니다. 최대 300mV의 낮은 피드백 전압(FB 핀)은 90%에 이르는 회로의 최대 효율에 기여합니다. LED의 밝기는 미세 회로의 ADJ 핀에 브러시가 연결된 전위차계를 사용하여 조정됩니다. 전위차계는 아날로그와 디지털 모두 사용할 수 있습니다.

그림. 8

물론 액정과 LED 디스플레이에 전력을 공급하고 백라이트하는 데 사용되는 칩의 수는 기사에 제시된 이름에 국한되지 않습니다. 독자가 자신의 특정 사례에 필요한 미세 회로를 선택하려면 maxim-ic.com 웹 사이트에 들어가서 제품의 특성을 익히는 것보다 더 쉬운 일은 없습니다.

MAXIM사의 정보자료를 사용하였습니다.

저자: A. Shitikov; 발행: radioradar.net

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