LED顯示屏恒流驅動(dòng)電路的設計分析

　　1、引言

　　LED顯示屏是80 年代后期在全球迅速發(fā)展起來(lái)的新型信息顯示媒體，它利用發(fā)光二極管構成的點(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)境適應能力強、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用。

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

　　2 、LED顯示屏常規驅動(dòng)電路的設計

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

　　動(dòng)態(tài)掃描型驅動(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動(dòng)寄存器， 通過(guò)行驅動(dòng)管的分時(shí)工作，使得每行LED的點(diǎn)亮時(shí)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，人們就可以看到一幅完整的文字或畫(huà)面。

　　常規型驅動(dòng)電路的設計一般是用串入并出的通用集成電路芯片如74HC595或MC14094 等作為列數據鎖存，以8050 等小功率N PN 三極管為列驅動(dòng)，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(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 級連，共用一個(gè)串行時(shí)鐘CLK及數據鎖存信號STR。當第一行需要顯示的數據經(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)數據鎖存信號STR，使數據鎖存在74HC595的后級鎖存器中，則與其各輸出位對應的8050 將處于飽和導通或截止; 同時(shí)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(diǎn)亮的同時(shí)，在74HC595 中移入第二行要顯示的數據，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，當第十六行掃描過(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、常規型驅動(dòng)電路存在的缺陷

　　(1) 當某一行行驅動(dòng)管有效時(shí)，該行所對應的所有LED發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流都將流過(guò)該行驅動(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顯示屏恒流驅動(dòng)電路的設計

　　
圖3

　　圖3 給出了發(fā)光二極管的相對亮度與其中流過(guò)的電流之間的關(guān)系，從曲線(xiàn)中可以看出: 在一定的正向電流工作范圍內，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，就能保證其亮度一致。

　　而從常規型驅動(dòng)電路的工作原理中可以看出，由于其行、列驅動(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。如果將列驅動(dòng)管由飽和狀態(tài)改為線(xiàn)性放大狀態(tài)， 變成恒流型驅動(dòng)，就可以消除由上述因素造成的顯示屏亮度不均允的現象。列恒流型驅動(dòng)電路見(jiàn)圖4。

　　在電源電壓VDD 穩定時(shí)，74HC595 的高電平輸出電壓V 也很穩定，如電源電壓VDD為6V 時(shí)，V = 5.9V。所以當74HC595 的某一位輸出為高電平時(shí)， 其對應列的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發(fā)光亮度的最佳狀態(tài)。

　　用這種列恒流驅動(dòng)方式工作，可以做到不管一行中LED管子點(diǎn)亮數的多少，其行驅動(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　列恒流型驅動(dòng)電路