LED顯示屏恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)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(lái)的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構(gòu)成的點(diǎn)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(qiáng)、性能價(jià)格比高、使用成本低等特點(diǎn)， 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(dòng)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(dòng)電路設(shè)計(jì)的好壞， 對(duì)LED 顯示屏的顯示效果、制作成本及系統(tǒng)的運(yùn)行性能起著很重要的作用。所以，設(shè)計(jì)一種既能滿(mǎn)足控制驅(qū)動(dòng)的要求， 同時(shí)使用器件少、成本低的控制驅(qū)動(dòng)電路是很有必要的。本文就常規(guī)型驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)作些分析并提出恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方式。

　　2 、LED顯示屏常規(guī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

　　LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，與所用控制系統(tǒng)相配合，通常分為動(dòng)態(tài)掃描型驅(qū)動(dòng)及靜態(tài)鎖存型驅(qū)動(dòng)二大類(lèi)。以下就動(dòng)態(tài)掃描型驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)為例為進(jìn)行分析：

　　動(dòng)態(tài)掃描型驅(qū)動(dòng)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(dòng)寄存器， 通過(guò)行驅(qū)動(dòng)管的分時(shí)工作，使得每行LED的點(diǎn)亮?xí)r間占總時(shí)間的1/n ，只要每行的刷新速率大于50Hz，利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，人們就可以看到一幅完整的文字或畫(huà)面。

　　常規(guī)型驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)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(dòng)，而以達(dá)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(diǎn)陣、16 行×64 列為一個(gè)基本單元，則需用8 片74HC595、64個(gè)8050及16個(gè)行掃描管， 其工作原理為:將八片74HC595 級(jí)連，共用一個(gè)串行時(shí)鐘CLK及數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)STR。當(dāng)?shù)谝恍行枰@示的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)8×8= 64 個(gè)CLK時(shí)鐘后將全部移入74HC595 中，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)STR，使數(shù)據(jù)鎖存在74HC595的后級(jí)鎖存器中，則與其各輸出位對(duì)應(yīng)的8050 將處于飽和導(dǎo)通或截止; 同時(shí)由行掃描控制電路產(chǎn)生信號(hào)使第一行掃描管導(dǎo)通，相當(dāng)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(hào)；在第一行LED管子點(diǎn)亮的同時(shí)，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(shí)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(diǎn)亮。以此類(lèi)推，當(dāng)?shù)谑袙呙柽^(guò)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(shí)序見(jiàn)圖2。

圖2　工作時(shí)序圖

　　3、常規(guī)型驅(qū)動(dòng)電路存在的缺陷

　　(1) 當(dāng)某一行行驅(qū)動(dòng)管有效時(shí)，該行所對(duì)應(yīng)的所有LED發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流都將流過(guò)該行驅(qū)動(dòng)掃描管，而一行中點(diǎn)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(guò)的電流有較大的變化，將使其管壓降有所改變；

　　(2) 點(diǎn)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(dòng)，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(dòng)，影響了整個(gè)顯示屏亮度的均勻性。

　　4 、LED顯示屏恒流驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

　　
圖3

　　圖3 給出了發(fā)光二極管的相對(duì)亮度與其中流過(guò)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(guò)的電流近似成正比，屬于電流驅(qū)動(dòng)型器件。所以只要能保證每個(gè)L ED 發(fā)光管中流過(guò)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(dòng)電路的工作原理中可以看出，由于其行、列驅(qū)動(dòng)管都工作在飽和狀態(tài)，無(wú)法控制其電流的大小，所以外加電源電壓的波動(dòng)、行掃描驅(qū)動(dòng)管管壓降的改變等，就直接影響L ED 發(fā)光管中流過(guò)的電流，也即改變了其顯示亮度。如果將列驅(qū)動(dòng)管由飽和狀態(tài)改為線性放大狀態(tài)， 變成恒流型驅(qū)動(dòng)，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(dòng)電路見(jiàn)圖4。

　　在電源電壓VDD 穩(wěn)定時(shí)，74HC595 的高電平輸出電壓V 也很穩(wěn)定，如電源電壓VDD為6V 時(shí)，V = 5.9V。所以當(dāng)74HC595 的某一位輸出為高電平時(shí)， 其對(duì)應(yīng)列的L ED 將被點(diǎn)亮，且其中流過(guò)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(guò)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(duì)應(yīng)發(fā)光亮度的最佳狀態(tài)。

　　用這種列恒流驅(qū)動(dòng)方式工作，可以做到不管一行中LED管子點(diǎn)亮數(shù)的多少，其行驅(qū)動(dòng)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(gè)LED發(fā)光二極管中流過(guò)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(dòng)電路