Lcd драйвер как работает
Продолжаю цикл статей, связанных со светодиодными лампами. Ссылки на прошлые статьи о лампах можно посмотреть внизу.
В этот раз рассмотрим принцип работы драйвера - стабилизатора тока. В настоящее время почти все продающие в Москве светодиодные лампы имеют 2 основных типа драйвера: импульсный и линейный. Схемотехника первого типа более сложная и дорогая, но он имеет преимущества , такие как: больший диапазон входных напряжений, при которых лампа выдаёт стабильный световой поток с неизменным уровнем пульсаций; небольшой нагрев драйвера, обеспечивающий высокий КПД; работа с различным количеством светодиодных кристаллов без дополнительных температурных изменений на микросхеме.
На плате импульсного драйвера присутствуют следующие элементы:
2. Электролитический конденсатор 150 мкФ, 100 В (на холостом ходу напряжение 90,8 В). Сглаживает пульсации светового потока. Несмотря на огромную для ламп ёмкость, коэффициент пульсации лампы 13%. Это объясняется желанием изготовителя получить высокий коэффициент мощности (0,9).
4, 5. Плёночные конденсаторы на максимальное напряжение 630 В.
6. Резистор. Выполняет роль предохранителя, а также ограничивает ток в момент включения лампы.
7. ES1J - супербыстрый выпрямительный диод.
8. Микросхема-драйвер BP2326A со встроенным активным корректором коэффициента мощности (APFC).
9. Диодный мост. Преобразует переменный ток в постоянный.
R9, R10 - токозадающие резисторы, соединённые параллельно. Их номинал задаёт выходной ток драйвера.
R11 - резистор для разряда электролитического конденсатора после выключения лампы.
D1 - быстровосстанавливающийся выпрямительный диод F1M .
C3, C4, C6 - SMD конденсаторы.
Всё это работает следующим образом . Микросхема 8 анализирует напряжение на резисторах R9, R10. Его уровень влияет на закрытие/открытие полевого транзистора, встроенного в микросхему. При включении лампы это напряжение равно нулю и транзистор открыт. Через него идёт нарастающий ток на светодиоды и последовательный с ними дроссель 1, в котором запасается энергия. Напряжение на резисторах R9, R10 тоже возрастает. Как только оно достигнет определённого уровня, микросхема закрывается. Накопленная в магнитном поле дросселя энергия постепенно расходуется - спадающий ток питает светодиоды через диод 7. Напряжение на R9, R10 падает, и при его определённом уровне микросхема открывается. Цикл повторяется с высокой частотой, поддерживая постоянный уровень тока на светодиодах. Встретившиеся мне частоты пульсаций света разных ламп: 40-96 кГц.
Использовалась программа Visual Analyser 2020 64 bit, фотодиод, звуковая карта компа Использовалась программа Visual Analyser 2020 64 bit, фотодиод, звуковая карта компаПульсации света этой лампы: удвоенная сетевая 100 Гц; высокочастотная, на которой работает драйвер - 45100 Гц.
А в следующей галерее более простой импульсный драйвер. Он собран на основе микросхемы BP9916C .
Матрица имеет структуру похожую на сетку или матрицу..
Вертикально идут шины данных либо еще их называют столбцы. Они представляют из себя прозрачные проводники (прозрачные электроды). Они подключены сверху к столбцовому драйверу (дешифратору). По вертикальным шинам данных передается напряжение для открывания пикселя (тоесть яркость).
Горизонтальные линии - это строки (выборочные шины) в местах пересечения с вертикальными шинами данных они изолированы от них. Управляет этими шинами строчный дешифратор. Второе название счетчик-адресатор, либо просто драйвер горизонтальных шин. Горизонтальный драйвер подает импульс на ту строку в которую надо записать яркость.
Формирование изображения
Каждое перекрестие это один субпиксель. Запись яркости для матрицы FullHD можно представить как работу цикла. Сперва для 1920*3 транзисторов субпикселей вертикальным драйвером формируютсянапряжения, а затем проходит первый импульс от горизонтального драйвера и происходит запись этих напряжений в каждый субпиксель (напряжением заряжаются 1980*3 конденсаторов) "выполняется первая итерация цикла" и так опереация формирования напряжений и "записи" значений этих напряжений идет по циклу 1080 раз. Таким образом формируется полный кадр. Конденсаторы запоминают заряд пока не прорисуется вся матрица и не начнется новый кадр.
Строчные драйвера.
Строчные драйвера чаще располагаются на "ушках", либо располагаются прямо на стекле. И прикладывают напряжение на затворы транзисторов.
Сигналы драйвера:
1. STVI - импульс с частотой следования кадров или с частотой смены полей. Например у матрицы с частотой 100Гц это 100 полей в секунду.
2. STVO - выход сигнала для перехода на следующий драйвер.
3. CPV - сигнал строчной синхронизации. Идет на все боковые драйвера параллельно.
4. OE - Идет на все боковые драйвера параллельно.
5. VGH (Voltage Gate Hight)(Von) - Напряжение высокого уровня для открытия транзисторов. (18В - 28В)
6. VGL (Voltage Gate Low)(Voff) - Напряжение низкого уровня для закрытия транзисторов. (обычно -6, но бывает -8В или -9В) Если напряжение меньше -4, -3, или выше, то надо смотреть T-CON который формирует эти напряжения.
7. Vdd - Напряжение питания драйвера 3,3В
На ушах драйверов имеются пятачки - контрольные точки.
Столбцовые драйвера.
Они находятся в шлейфах от стекла к планке, либо к блоку T-CON.
Их количество зависит от конструкции самой матрицы. Каждый драйвер работает на определенную часть экрана.
Данные поступают на сдвиговой регистр, затем они сдвигаются и заполняют регистры (ячейки строки), далее данные постпают в ЦАП и затем в усиитель.
Отдельно стоит отметить работу ЦАП. Для свое работы ему необходимо опорное напряжение. Для формирования цветовой гаммы к нему подходит 14 напряжений (GAMMA, GMA1. GMA14). ЦАП выставляя на шину свои 8 бит смешивает эти напряжения и формирует необходимое для конкретной яркости напряжение. Встречается неисправность, ЦАПа, когда матрицу заливает одним цветом, например всё становится красным или зеленым. Эта неисправность может указывать на неправильную работу ЦАП.
На столбцовый драйвер приходят сигналы данных ODATA и EDATA они идут 24-битными и поступают на все столбцовые драйвера.
Для синхронизации есть импульсы:
SP - это стартовый импульс загрузки. Когда первый драйвер отработал SP поступает на второй драйвер.
CLK - частота с которой происходит запись в пиксель.
Синхроимпульсы, питание, ODATA, EDATA, GAMMA - все это формируется на модуле T-CON.
Автономный режим матрицы.
Этот режим нужен для проверки работоспособности матрицы и сокращения времени на диагностику. В автономном режиме матрица переходит в режим "самотестирования" показывает нам разноцветные поля, шахматное поле, серое поле, белое поле и.т.п.
Например если на экране после включения отображаются полосы, то подозрение может упасть как на матрицу, так и на Main Board и на T-CON.
Если в автономном режиме матрица нормально работает, то это говорит о том, что у нас нормально работают: матрица, драйвера, синхронизация, T-CON и в этом случае стоит искать неисправность например в Main Board.
Не все матрицы имеют автономный режим. Часто не бывает автономки у матриц samsunga.
Включение автономных режимов:
При включении автономных режимов во всех приведенных ниже случаях не забываем про подсветку она должна быть включена.
-У LG - Отключаем LVDS подаем питание на T-CON и матрица переходит в режим тестирования.
- Для включения автономного режима надо узнать какое напряжение идет на T-CON. Обычно это 12В, но бывает и 5В. Далее необходимо включить тестовый режим, для этого на T-CON обычно имеется контрольная точка, которая обычно обозначается (AGM, AGMODE, TEST). Эту контрольную точку можно попробовать замкнуть на корпус через резистор 1кОм, если режим не включился, то пробуем подать на эту точку 3,3 через 1кОм.
- Многие T-CON не имеют на борту кварцевого резонатора, потому для работы им всё же нужна шина LVDS, тогда мы её подключаем, питание в этом случае у нас идет через неё, а мы через резистор 1кОм проделываем описанную операцию с вышеуказанной контрольной точкой.
Неисправности драйверов.
1. С этими сигналами бывают самые серьезные неисправности. Эти сигналы и напряжения, а точнее проводники подводящие сигналы и напряжения к драйверам - обрываются. Обрываются они под стеклом матрицы. Они проходят под стеклом от столбцового драйвера к строчному. В этом случае необходимо продублировать оборвавшийся сигнал проводком, припаяв его на соответствующие пятаки. Также могут оюорваться проводники идущие от драйвера к драйверу от STI к STV. OE и CPV тоже могут отвалиться на пути к драйверу.
Сейчас уже можно разделить светодиоды на два основных подтипа: индикаторные и осветительные. Осветительные светодиоды – относительно новые элементы светотехники. Первые модели применялись как индикаторы еще лет 30 назад. Но прогресс на месте не стоит. Инженерам удалось получить большую яркость при минимальном размере и потребляемом токе в сравнение с лампами. Кроме того, светодиоды имеют намного большую механическую прочность. Как лампочку их уже не разобьешь.
Светодиодная осветительная продукция серьезно потеснила практически все другие источники света. Светодиоды могут обеспечить освещение не хуже лампового. А их энергоэффективность намного выше. Обычно источники света на основе светодиодов окупаются в течение года. Сейчас их можно встретить в качестве домашнего освещения, уличных фонарей. Они устанавливаются в световое оборудование автомобилей. Даже в мониторах и телевизорах они заменили лампы подсветки .
Назначение.
Светодиод весьма чувствителен к качеству электропитания. Если пониженное напряжение ему не сделает ничего плохого, то повышенные напряжения и токи очень быстро снижают ресурс этих перспективных источников света. Многие видели, наверное, как на автомобилях хаотично моргают огни. Этот светодиод уже отслужил.
Для обеспечения стабильного электропитания (поддержания заданного напряжения и тока) необходима дополнительная электронная схема – блок питания или драйвер питания. Часто его называют led driver.
Принцип работы.
Электронная схема должна обеспечить строго стабилизированные напряжение и ток, подводимые к кристаллу. Небольшое превышение в цепи питания существенно снижает ресурс светоизлучателя.
В простейшем и самом дешевом случае просто ставят ограничительный резистор.
Питание диода через ограничивающий резистор.
Это простейшая линейная схема. Она не способна автоматически поддерживать ток. С ростом напряжения, он будет расти, при превышение допустимого значения произойдет разрушение кристалла от перегрева. В более сложном случае управление реализуется через транзистор. Недостаток линейной схемы – бесполезное рассеивание мощности. С ростом напряжения будут расти и потери. Если для маломощных LED-источников света такой подход еще допустим, то при использовании мощных светоизлучающих диодов такие схемы не используются. Из плюсов только простота реализации, низкая себестоимость, достаточная надежность схемы.
Можно применить импульсную стабилизацию. В простейшем случае схема будет выглядеть так:
Пример.Импульсная стабилизация (упрощенно)
Категорически не стоит путать светодиодный драйвер и ПРА для люминесцентных ламп, у них разные принципы работы.
Характеристики драйверов, их отличия от блоков питания LED ленты.
Если сравнивать драйвер и блок питания, то у них есть различия в работе. Драйвер – это источник тока. Его задача поддерживать именно определенную силу тока через кристалл или светодиодную линейку.
Задача стабилизированного блока питания в выдаче именно стабильного напряжения. Хотя блок питания – понятие обобщенное.
Источник напряжения применяется в основном со светодиодной лентой, где диоды включены в параллель. Соответственно через них должен проходить равный ток, при неизменном напряжении. При использовании одного светодиода важно обеспечить определенную силу тока через него. Отличия есть, но оба выполняют одну и туже задачу – обеспечение стабильного питания.
Для подключения светодиодной ленты необходимы, как правило, блоки питания, выдающие 12, либо 24 В. Второй параметр – это мощность. Блок питания должен выдавать мощность не равную, а несколько большую, чем мощность подключаемой светодиодной линейки. В противном случае, яркость свечения будет недостаточна. Обычно запас по мощности рекомендуется в пределах 20-30 процентов от суммарной мощности.
При выборе драйвера нужно учесть:
- Мощность,
- Напряжение,
- Предельный ток.
Кроме того, существуют и регулируемые источники питания. Их задача – регулировка яркости освещения. Но различаются принципы – регулировка напряжения, либо силы тока.
Для подключения led-линейки потребуется большая сила тока при неизменном напряжении.
Суммарная мощность будет рассчитываться по формуле P = P(led) × n, где Р – мощность, Р(led) – мощность единичного диода в линейке, n – их количество.
Сила тока через линейку будет рассчитываться по аналогичной формуле.
Если есть желание самостоятельно изготовить источник питания для светодиодов, то самый простой вариант – импульсный без гальванической развязки.
Схема простого led-драйвера без гальванической развязки.
Схема проста и надежна. Делитель основан на емкостном сопротивлении. Выпрямление производится при помощи диодного моста. Электролитический конденсатор (перед L7812) сглаживает пульсации после выпрямления. Конденсатор после L7812 сглаживает пульсации на светодиодах. На работу схемы он не влияет. L7812 – собственно сам стабилизатор. Это импортный аналог советских микросхем серии КРЕНхх. Та же самая схема включения. Характеристики несколько улучшены. Однако предельный ток составляет не более 1.2А. Это не позволит создать мощный светильник. Существуют неплохие варианты готовых источников питания.
Как выбрать драйвер для светодиодов.
От выбора драйвера зависит срок службы светодиодов. При этом светодиод достигает своих номинальных характеристик, так как получает необходимую ему мощность.
В зависимости от степени защиты драйвер можно применять либо дома, либо на улице. Внешне драйвер может быть открытым, в корпусе из перфорированного металла, либо – закрытый, размешенный в герметичной металлической коробке. Для дома достаточно негерметизированного пластикового корпуса, в котором расположен электронный блок.
Сразу стоит учесть, что ограничивающий резистор – это не самый лучший вариант. Он не избавит ни от скачков питающей сети, ни от импульсных помех. Любое изменение напряжения приведет в скачку тока. Линейные стабилизаторы также не являются достойным средством запитки светоизлучающих диодов. Его способности ограничиваются низкой эффективностью.
Выбор драйвера производится только после того, как известна суммарная мощность, схема подключения и количество светодиодов.
Сейчас много подделок и одни и те же по типоразмерам диоды могут обеспечивать разные мощности. Лучше использовать только известные марки электротехнической продукции.
На корпусе драйвера для подключения светодиодов, всегда размещена спецификация. Она включает:
- класс защищенности от пыли и жидкости,
- мощность,
- номинальный стабилизированный ток,
- рабочее входное напряжение,
- диапазон выходного напряжения.
Достаточно популярны бескорпусные led-драйверы. Плату потребуется разместить в корпусе. Это необходимо для безопасного использования. Платы больше подходят для радиолюбителей-энтузиастов. У них входное напряжение может быть либо 12 В, либо 220 В.
Также стоит продумать о размещении драйвера. Температура и влажность влияют на надежность системы освещения.
Виды драйверов.
По типу их можно подразделить на:
Линейные. Они наиболее подходящие, если входное напряжение не стабильно. Отличаются улучшенной стабилизацией. Распространены мало по причине низкого КПД. Выделяет большее количество тепла, подходит для маломощной нагрузки.
Внутреннее устройство драйвера
Внешний вид и схема драйвера LED 1338G7.
Импульсные. Основаны на микросхемах ШИМ. Обладают высоким КПД. Отличаются малым нагревом и длительным сроком службы.
Микросхемы ШИМ создают значительный уровень электромагнитных помех. Людям с кардиостимуляторами не рекомендовано находится в помещениях, где применяются такие драйвера для питания светодиодов.
Драйвер, работающий с диммером. Принцип основан на использовании ШИМ-контроллера. Принцип состоит в том, что регулируется сила тока на светодиодах. Низкокачественные изделия дают эффект мерцания.
Драйвер с диммером.
LED драйвер на 220 В.
Существует немало уже готовых светодиодных драйверов промышленного производства. Естественно, они обладаю различными характеристиками. Их особенность в том, что они питаются от сети 220 В переменного напряжения и могут работать в широком диапазоне питающего напряжения. Задача, у них все та же. Выдать определенную силу тока. Многие промышленные изделия уже имеют гальваническую развязку. Гальваническая развязка предназначена для передачи электроэнергии без непосредственного соединения входной и выходной частей схемы. Это дополнительные очки в плане электробезопасности (простейшей и исторически первой гальванической развязкой считается обычный трансформатор). Обычно они имеют нестабильность не более 3 %. В подавляющем большинстве сохраняют работоспособность от 90-100 Вольт и до 260 Вольт. В магазинах очень часто их могут называть:
- блок питания (БП),
- источник тока,
- адаптер питания,
- источник питания.
Это все одно и тоже устройство. Продавцы не обязаны обладать техническим образованием.
Рекомендуемые производители светодиодных драйверов.
Многие светодиодные энергосберегающие лампы уже имеют встроенный драйвер. Тем не менее лучше не приобретать безымянную продукцию родом из Китая. Хотя временами и попадаются достойные внимания экземпляры, что в прочем явление редкое. Существует огромное количество поддельных осветителей. Многие модели не имеют гальванической развязки. Это представляет опасность для светодиодов. Такие источники тока при выходе из строя могут дать импульс и сжечь led-ленту.
Но тем не менее рынок в основном занят именно китайской продукцией. Российские поставщики известны не широко. Из них можно ответить продукцию фирм Аргос, Тритон ЛЕД, Arlight, Ирбис, Рубикон. Большинство моделей может работать и в экстремальных условиях.
Из иностранных можно смело выбрать источники тока от Helvar, Mean Well, DEUS, Moons, EVADA Electronics.
Необходимый тип драйвера дисплея зависит от операционной системы, установленной на компьютере. Аппаратное обеспечение, имеющее более одной операционной системы, будет иметь разные драйверы дисплея для каждой из этих операционных систем. Обеспечение совместимости между аппаратными и операционными системами часто является непрерывным процессом из-за обновлений и ремонта, предоставляемых производителями оборудования, драйверов устройств и операционных систем. Если установлены новые аппаратные или программные средства отображения, возможно, потребуется установить новый драйвер дисплея для того, чтобы он или они оба работали должным образом.
Если пользователь путается с драйвером дисплея, необходимым для его программного обеспечения или устройства, он или она может выполнить поиск программой проверки драйверов, которая укажет правильный драйвер, который требуется системе. Кроме того, программное обеспечение может иметь встроенное в него обнаружение. Когда программное обеспечение будет обновлено, оно либо предупредит пользователя о любых проблемах совместимости при обновлении, либо обновление может включать в себя новый драйвер.
Пользователю могут потребоваться разные драйверы дисплея для монитора, камеры и сканера, чтобы обеспечить полное взаимодействие между аппаратным и программным обеспечением. Они также важны для определенных типов программного обеспечения, таких как программы манипуляции изображениями и игры. Любые медиа программы, зависящие от визуального отображения, такие как проигрыватели фильмов или даже создатели фильмов, могут нуждаться в дополнительных драйверах дисплея из-за множества тысяч команд на оборудовании, которые производятся каждую секунду.
Неправильно установленные драйверы дисплея могут привести к завершению работы программы, что называется фатальной ошибкой. Это происходит потому, что перевод между программным обеспечением и оборудованием не может произойти. Отсутствие перевода вызывает проблемы в программном обеспечении, которое не может себя восстановить, закрывая при этом всю программу.
Читайте также: