【中國數字視聽網訊】基于LED的標牌和矩陣顯示屏為不斷增長的室內外應用帶來了更多的功能以及絢麗奪目的視覺效果。LED技術的最新發展使人們很難分辨出自己看到的到底是其高質量顯示屏的靜止畫面，還是傳統的打印或繪制廣告牌。本教程將詳細介紹LED顯示屏系統的基本技術原理，以及使用分立LED燈泡陣列設計它們需要考慮的設計問題。

LED 驅動基礎

首先，我們要對比不同的LED驅動電路，以確定最佳方案。

連接電壓源

眾所周知，LED 燈(或二極管)在具有足夠正向電壓(VF)時開始導通。導通時其正向電流通常會發光。根據這個基本知識可以得出圖1a中的第一種選項，不過這樣行不通。因為 LED 電流是其電壓偏置的指數函數(公式1)，LED 燈的光強度對該電壓非常敏感。大多數情況下，大電流條件通常會將原本長壽命的LED變成昂貴的閃光燈泡。

下面是圖1a行不通的原因所在。在公式1中，IS、RS是常數，取決于LED產品本身，與VT是熱電壓無關。假設串聯電阻RS是理想值零，那么僅0.1V的VF變化就會產生47倍的ILED差異。

例如，20mA的目標LED電流值在其偏置電流出現僅0.1V的差異時就會跳變至1A。即使考慮實際RS值，真實LED器件在具有0.1V偏置差異時仍會出現10至20倍的差異。

圖 1.對比三種LED驅動電路

支持流限電阻器的電壓源

現在我們來看看圖1b。添加一個限流電阻器RLIMIT來保護LED燈。由于有限流電阻器，因此該燈不會被燒壞。在視頻顯示器應用領域，這種方法在控制LED光強度方面仍然不夠好。LED曲線和RLIMIT產生的負載曲線可決定其LED電流值。如紅色或藍色標記所示，該LED和電阻器分別存在制造誤差造成的正向電壓變化及電阻變化。這些誤差因素會使LED電流(綠)產生不可忽視的變化。

恒流源

圖1c采用恒流電路而非電阻器。該恒流驅動器電路可直接將LED電流調節為目標值。無論LED燈在制造過程中會產生多少VF變化，LED都會傳導特定的電流值。LED燈的光強度與通過 PN 結點的電荷緊密相關，因此該恒流驅動器是從LED燈獲得統一光輸出的理想方法。

此外，我們都知道集成電路(IC)可提供良好的匹配電路對。這也是選擇恒流法的另一個優勢。圖2是LED驅動器的基本輸出級結構。市場上很多LED驅動器IC都有參考電流設置端 IREF,該參考電流是鏡像到其輸出端的恒流。

圖 2. LED 驅動器IC的基本輸出配置

圖2是該討論的結果，即LED驅動器的基本輸出電路配置。

色彩驅動

到目前為止，我們已經能夠確定如何驅動單個LED燈了。下一步是為視頻顯示系統實現全色彩光輸出。通過組合光的不同深淺紅綠藍三原色(RGB)，任何色彩都可生成。較為熟悉的示例是采用個人計算機(PC)上的色彩選擇工具。

數字或模擬的灰階控制

PC 操作系統將三種色彩混合為256個色階(每階8個二進制位)或更多，以顯示全彩色像素。對于LED顯示系統而言，也需要采用相同概念的色階色彩強度控制，以便在LED驅動器設計中實現色階控制或灰階控制。

首先應決定使用數字控制還是模擬控制。前面已經介紹過，經過 PN 結點的總電荷數可決定光強度，因此數字和模擬方法均可控制光強度。圖3是數字和模擬法中的50%灰階控制。在總體256個色階的示例中，該50%表明了一個有128個灰階的目標。

圖 3.數字和模擬的50%強度控制

LED 電流與色彩變化

這時候，需要考慮電流變化對LED光輸出波長值的影響。改變波長就意味著改變人眼看到的色彩。圖4是綠色LED燈的實例。通常在業界，510nm 廣泛代表綠色。因此，大部分LED燈制造商所設計的LED燈產品在最大額定電流下都具備510nm的波長。在圖4中，隨著LED電流的升高，波長可達到510nm。獲得綠色的最佳方法是盡量使燈的驅動電流接近最大額定值。這也就說明了為什么使用數字控制比使用模擬控制好。

選擇數字控制的另一個優勢是便于以數字電路模塊的形式對LED驅動器IC實施控制。對于256階的灰階控制而言，數字控制的成本比模擬控制低。

圖 4.綠色LED電流與波長實例

這種ON/OFF 數字控制稱之為脈寬調制(PWM)控制，或者PWM調光�，F將PWM控制開關添加至圖2。