LED顯示屏恒流驅(qū)動電路的設(shè)計分析

　　1、引言

　　LED顯示屏是80 年代后期在全球迅速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點陣模塊或像素單元，組成大面積顯示屏幕，以其可靠性高、使用壽命、環(huán)境適應(yīng)能力強、性能價格比高、使用成本低等特點， 在信息顯示領(lǐng)域已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。

　　LED顯示屏主要包括發(fā)光二極管構(gòu)成的陣列、驅(qū)動電路、控制系統(tǒng)及傳輸接口和相應(yīng)的應(yīng)用軟件等，其中驅(qū)動電路設(shè)計的好壞， 對LED 顯示屏的顯示效果、制作成本及系統(tǒng)的運行性能起著很重要的作用。所以，設(shè)計一種既能滿足控制驅(qū)動的要求， 同時使用器件少、成本低的控制驅(qū)動電路是很有必要的。本文就常規(guī)型驅(qū)動電路的設(shè)計作些分析并提出恒流驅(qū)動電路的設(shè)計方式。

　　2 、LED顯示屏常規(guī)驅(qū)動電路的設(shè)計

　　LED 顯示屏驅(qū)動電路的設(shè)計，與所用控制系統(tǒng)相配合，通常分為動態(tài)掃描型驅(qū)動及靜態(tài)鎖存型驅(qū)動二大類。以下就動態(tài)掃描型驅(qū)動電路的設(shè)計為例為進行分析：

　　動態(tài)掃描型驅(qū)動方式是指顯示屏上的4行、8行、16行等n 行發(fā)光二極管共用一組列驅(qū)動寄存器， 通過行驅(qū)動管的分時工作，使得每行LED的點亮時間占總時間的1/n ，只要每行的刷新速率大于50Hz，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，人們就可以看到一幅完整的文字或畫面。

　　常規(guī)型驅(qū)動電路的設(shè)計一般是用串入并出的通用集成電路芯片如74HC595或MC14094 等作為列數(shù)據(jù)鎖存，以8050 等小功率N PN 三極管為列驅(qū)動，而以達林頓三極管TIP127 等作為行掃描管，其電路如圖1 所示。

　　如以單色點陣、16 行×64 列為一個基本單元，則需用8 片74HC595、64個8050及16個行掃描管， 其工作原理為:將八片74HC595 級連，共用一個串行時鐘CLK及數(shù)據(jù)鎖存信號STR。當?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過8×8= 64 個CLK時鐘后將全部移入74HC595 中，此時產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)鎖存信號STR，使數(shù)據(jù)鎖存在74HC595的后級鎖存器中，則與其各輸出位對應(yīng)的8050 將處于飽和導通或截止; 同時由行掃描控制電路產(chǎn)生信號使第一行掃描管導通，相當于第一行LED的正端都接高平，顯然第一行LED管子的亮滅就取決于74HC595 中所鎖存的信號；在第一行LED管子點亮的同時，在74HC595 中移入第二行要顯示的數(shù)據(jù)，隨后將其鎖存，并同時由行掃描控制電路將第一行掃描管關(guān)閉而接通第二行，使第二行LED 管子點亮。以此類推，當?shù)谑袙呙柽^后再回到第一行，只要掃描速度足夠高，就可形成一幅完整的文字或圖像，其工作時序見圖2。

圖2　工作時序圖

　　3、常規(guī)型驅(qū)動電路存在的缺陷

　　(1) 當某一行行驅(qū)動管有效時，該行所對應(yīng)的所有LED發(fā)光二極管的點亮電流都將流過該行驅(qū)動掃描管，而一行中點亮LED管子的多少隨所要顯示的文字或圖形而不斷改變，所以行掃描管中流過的電流有較大的變化，將使其管壓降有所改變；

　　(2) 點亮LED管子的多少而引起電流的變化也將影響到電源電壓值的波動，由此將影響到第一行LED管子兩端的電壓，使其隨不同的顯示文字或圖形不斷波動，影響了整個顯示屏亮度的均勻性。

　　4 、LED顯示屏恒流驅(qū)動電路的設(shè)計

　　
圖3

　　圖3 給出了發(fā)光二極管的相對亮度與其中流過的電流之間的關(guān)系，從曲線中可以看出: 在一定的正向電流工作范圍內(nèi)，其發(fā)光亮度與其中流過的電流近似成正比，屬于電流驅(qū)動型器件。所以只要能保證每個L ED 發(fā)光管中流過的電流為一常數(shù)，就能保證其亮度一致。

　　而從常規(guī)型驅(qū)動電路的工作原理中可以看出，由于其行、列驅(qū)動管都工作在飽和狀態(tài)，無法控制其電流的大小，所以外加電源電壓的波動、行掃描驅(qū)動管管壓降的改變等，就直接影響L ED 發(fā)光管中流過的電流，也即改變了其顯示亮度。如果將列驅(qū)動管由飽和狀態(tài)改為線性放大狀態(tài)， 變成恒流型驅(qū)動，就可以消除由上述因素造成的顯示屏亮度不均允的現(xiàn)象。列恒流型驅(qū)動電路見圖4。

　　在電源電壓VDD 穩(wěn)定時，74HC595 的高電平輸出電壓V 也很穩(wěn)定，如電源電壓VDD為6V 時，V = 5.9V。所以當74HC595 的某一位輸出為高電平時， 其對應(yīng)列的L ED 將被點亮，且其中流過的電流近似為：

　　只要合理選擇R1、R2、R3 的值，就可保證L ED 中流過的電流穩(wěn)定不變，并且可以使LED 發(fā)光二極管工作在正向電流與對應(yīng)發(fā)光亮度的最佳狀態(tài)。

　　用這種列恒流驅(qū)動方式工作，可以做到不管一行中LED管子點亮數(shù)的多少，其行驅(qū)動管的管壓降雖然仍有變化，電源電壓VCC也可以有所改變， 由于每個LED發(fā)光二極管中流過的電流恒定不變， 從而保證了LED 顯示屏亮度的均允性。

圖4　列恒流型驅(qū)動電路