投影機(jī)LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)

關(guān)鍵詞： LED , 投影機(jī)

鄭剛：大家好，直接開講，因?yàn)長ED很熱，市場上也有各種各樣的LED器件，我想為了體現(xiàn)特色，就把投影機(jī)應(yīng)用的LED拿出來談。我接觸領(lǐng)域應(yīng)用以來，感覺上投影機(jī)應(yīng)用的要求是最高的，因?yàn)橥冻鰜淼墓獗晃覀兊难劬吹?，而且分辨在?xì)節(jié)的圖像上來，如果表現(xiàn)不好可能大家就會(huì)看到今天這樣的效果，應(yīng)該顯示白色的地方都是白色，但是藍(lán)色里面有紅色，為什么這樣呢？有不同顏色的光混在一塊，我們做投影機(jī)要把不同顏色的光區(qū)分開，需要的時(shí)候再混合起來。
   
首先作為基礎(chǔ)來講，LED是我們最關(guān)注的對(duì)象，雖然我準(zhǔn)備的內(nèi)容從LED開始談起，這里面有很多有關(guān)LED的資料，LED對(duì)于我們做驅(qū)動(dòng)的人來講，最重要的特性是V/I關(guān)系是非線性的，非線性表現(xiàn)出來的不是給了多高的電壓就給多少電阻出來，大家可以從曲線圖上看到，這里有一個(gè)示意圖，電壓小小的變化就帶來電流很大的變化，就是因?yàn)檫@個(gè)原因，用電壓驅(qū)動(dòng)帶來很大的狀況，電壓的誤差帶來電流很大的誤差，如果控制的方向從這個(gè)方向看過去，設(shè)置一個(gè)電流，引起的電壓變化對(duì)我們是沒有影響的。因?yàn)長ED發(fā)光的時(shí)候，發(fā)光量和電流相關(guān)，也就是LED驅(qū)動(dòng)的時(shí)候一定要用電流做的很重要的原因。
   
另外，LED的發(fā)光效率和電流的關(guān)系，看起來是對(duì)應(yīng)的，但不完全線性，電流的增加不不代表發(fā)光量一定會(huì)增大，到高端以后發(fā)光量就會(huì)增大。1A的LED工作在350MA，有可能工作的效率是最高的。LED驅(qū)動(dòng)的時(shí)候最大電流值出現(xiàn)限制，這是大家都注意到的參數(shù)。這個(gè)圖我覺得里面有一個(gè)很好的地方就是告訴你，在不同的脈沖安度情況下，電流最大值是不一樣的，25℃的情況下，LED持續(xù)供電可以有500MA的電流，但是只有一個(gè)ns的脈沖安度，是1‰，最大電流值是2A。如果溫度升高，就要求一定要下降了。而且持續(xù)供電的電流也要下降。
   
不好意思這里插一句：我今天應(yīng)主辦方的邀請(qǐng)來談?wù)凩ED的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。因?yàn)闀r(shí)間比較急，稿件在所有內(nèi)容都確定之后，所以你們拿到的印刷本里面沒有這個(gè)內(nèi)容，就是因?yàn)橥ㄖ帽容^晚，來不及做準(zhǔn)備，昨天才把稿子準(zhǔn)備好。
LED在應(yīng)用當(dāng)中還有很重要的影響，波長也會(huì)發(fā)生變化，就是往紅光的方向移動(dòng)，我們稱為紅移。這是VF值的應(yīng)用，我們看到溫度每度的變化，大概VF值下降兩個(gè)μv，不同的產(chǎn)品可能特性也有一定的差異。另外，同樣的一個(gè)型號(hào)，你拿到的LED VF值也是有差異的，這里的一款是我的客戶提供的LED，是一種顏色的LED合在一塊，是拿來做投影機(jī)的產(chǎn)品。你可以看到藍(lán)光和綠光VF值的變化范圍在 0.6V，最大值是4.9V，這是電流700μA的情況下計(jì)算出來的。如果我們?cè)趹?yīng)用當(dāng)中，拿常見的穩(wěn)壓器供電，比如說一個(gè)DC-DC就是一個(gè)降壓器件，根據(jù)LED的狀況把它設(shè)定為3.6V，有的LED得到的電流是700μA，有的只有200-300μA，從所談的特性得到一個(gè)結(jié)論，把LED并聯(lián)連接的時(shí)候，各LED流過的電量不同、亮度不同，顏色也不一樣。我們?cè)趹?yīng)用的時(shí)候，應(yīng)該把LED拿來串聯(lián)連接，最簡單的做法就是給一個(gè)電壓源，LED串聯(lián)起來里面串上一個(gè)電阻，這是最簡單的做法。我們?cè)谑袌錾弦部吹竭@樣的產(chǎn)品，深圳有一個(gè)專門賣汽車上的LED產(chǎn)品的市場，大多數(shù)用LED做的車燈都是用電阻串聯(lián)起來的，哪怕是一個(gè)穩(wěn)壓器件都沒有，這是很可怕的事情，因?yàn)長ED的壽命不是太長，碰得巧VF值比較高，壽命就可能比較長。
   
單用電阻限流是不夠的，這里要說明的問題就是，電壓會(huì)發(fā)生變化，電阻值也會(huì)發(fā)生變化，溫度變化的時(shí)候也會(huì)變化，很多因素讓我們不能這樣去做事。具體在應(yīng)用當(dāng)中，LED的驅(qū)動(dòng)會(huì)有各種各樣的做法，大家可以說網(wǎng)站的論壇中談，我們做LED路燈的時(shí)候到底應(yīng)該怎么驅(qū)動(dòng)，有的就是把100顆1W的LED串聯(lián)起來，用一顆電阻完成，電阻的成本比較低，LED只是串聯(lián)起來，所有的LED表現(xiàn)都是一樣的，這時(shí)候發(fā)光的量是相等的。可是這個(gè)時(shí)候就有一個(gè)問題，如果集中某一個(gè)LED壞了，尤其是開路，那所有的LED都不會(huì)亮，這是制作路燈的時(shí)候面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

   
這是中間的風(fēng)險(xiǎn)，用一顆電阻驅(qū)動(dòng)LED，由于我們剛才談到的時(shí)候，這時(shí)候把LED拿來并聯(lián)用，由于不同的影響，兩串LED流出來的電流也是不同的。這里面帶來一個(gè)問題，流出電流比較高的LED，壽命比較短，第二串LED本來不容易壞，由于前面的壞了以后，壽命極快的縮短。第三種做法是LED的數(shù)量是增多了，成本有增加，但是可靠性大大提高。我用的幾個(gè)詞形成這種做法，也不知道大家覺得是否合適：榮辱與共、貧富不均、齊頭并進(jìn)。

我們有幫助客戶提供參照設(shè)計(jì)，這里的做法就是我在用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)很多LED的時(shí)候，我們可以把LED拿來做并聯(lián)連接，但這時(shí)候最好的做法是增加均流的電路，電路里面那么多的晶體管，所形成的電路是電流性的電路，這是很簡單的標(biāo)準(zhǔn)做法，可以供大家參考。由于電路部分會(huì)消耗一部分能量，而且消耗得越多，均流效果越好。一定要降低驅(qū)動(dòng)部分的成本做法可以由不同的做法完成。
   
在LED應(yīng)用也有另類的研究，像流入LED的紋波對(duì)線路的影響，這張圖LED的紋波對(duì)光效的影響，上面這條線是100%，每一條線是1%的變化，大概在電流紋波在100%的時(shí)候，也就是說看到的完全是電流從零一直變化到最大值。無論如何，背景紋波對(duì)光效、發(fā)熱和壽命是有不利影響的，所以，設(shè)計(jì)者應(yīng)努力降低流過LED的電流紋波。如果說要求不高，社會(huì)也可以接受，但是因?yàn)長ED在應(yīng)用的時(shí)候盡量驅(qū)動(dòng)，所以紋波的增大對(duì)它是不利的，設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該盡量減少紋波。
   
下面內(nèi)容進(jìn)入投影技術(shù)的部分，我們對(duì)投影技術(shù)基礎(chǔ)有一個(gè)了解。里面涉及DLP技術(shù)和LCoS技術(shù)，這里面是DLP的顯示技術(shù)，圖的左邊是用三個(gè)DLP芯片完成的，每個(gè)DLP里面有很多小鏡子，用小鏡子的反光經(jīng)過光學(xué)投影系統(tǒng)里面投影到屏幕上，讓大家看到一個(gè)個(gè)的點(diǎn)。也可以室外單片式結(jié)構(gòu)，透過旋轉(zhuǎn)的色輪按時(shí)間順序分別產(chǎn)生R/G/B三基色圖像，利用人眼的視覺暫留特性，可看到彩色的圖像。另外在色輪總是有不同顏色的交界部分，如果在這個(gè)時(shí)候，交界的時(shí)候有不同的顏色光都出來，我們可以看到什么效應(yīng)呢？就是彩虹效應(yīng)，就是該顯示紅色的時(shí)候，綠色進(jìn)來了，這樣會(huì)混在一塊，這也是今天我們看到投影的時(shí)候，也是在家里看電影、看電視的時(shí)候，圖像不是那么清晰，色彩不是那么飽和的原因。
   
第二種顯示技術(shù)LCoS，LCoS是屬于micro LED投影技術(shù)，它采用涂有液晶硅的CMOS集成電路芯片作為反射式LED的基片。用先進(jìn)工藝磨平后鍍上鋁當(dāng)作反射，形成CMOS基板。這里顯示出來的是 LCoS兩種不同的技術(shù)，一種是采用三片LCoS芯片組成的，有上角的圖只有一張LCoS的芯片，在不同時(shí)間有不同圖像的做法，從應(yīng)用方面來說，單芯片和雙芯片是相類似的，我們所看到的惠普電視也是用LCoS技術(shù)進(jìn)行的。
   
現(xiàn)在的投影機(jī)里面所用的燈泡都是UHP汞燈，這種汞燈是利用超高壓放電，汞燈器在發(fā)電的時(shí)候從紫外線一直到紅光，都有很強(qiáng)的輻射。蒸氣壓越高可見光的部分越豐富，這時(shí)候發(fā)光的效率也在下降，因?yàn)橐话阕鳛楣療魜碇v，效率比較好的是低壓汞燈，一到超高壓以后光效下降了，但是有一個(gè)好處是汞燈的亮度非常高。實(shí)際上我們?cè)谟猛队皺C(jī)的時(shí)候，不追求效率而是追求光的亮度。一般投影機(jī)用的燈，至少在15Mpa以上的大氣壓，有的到上千瓦功率。下面的圖展示的是汞燈大概的結(jié)果，也是它的主線圖。我們?cè)谑褂霉療舻臅r(shí)候，就是用攝影取得不同波長的光，但是我們又不能分成太細(xì)，都是取了非常寬的平谷。
   
在采用LED光源以后，我們就可以直接控制LED的發(fā)光和不發(fā)光，把R/G/B三種光混在一塊，最后經(jīng)過LCoS或者DLP的芯片得到我們想要的情況。因?yàn)長ED開光的時(shí)候用ns計(jì)算，是可以消除兩種不同顏色光的疊加，因?yàn)長ED的普線很窄，可以有飽和度非常高、非常清晰的效果。我看到采用LED做的投影效果，甚至有可能你看到的顏色是假的，就是因?yàn)樗浅ＦG麗，有這樣的效果。我們看到右邊的色型圖，其實(shí)這是不對(duì)的，顏色發(fā)生最大的變化，藍(lán)色的部分還在，紅色部分嚴(yán)重缺少，綠色部分也看不出來，所以所看到UHP汞燈光源，發(fā)光大概在這個(gè)位置上，這個(gè)圖怎么看呢？現(xiàn)在我們有三種不同顏色的燈，在這里是一種，在這里是一種，在構(gòu)成顏色系統(tǒng)的時(shí)候，就是有三個(gè)不同的顏色他們所構(gòu)成的這樣的三角區(qū)域在這個(gè)范圍之內(nèi)的所有顏色都能生成出來，如果是兩種不同的顏色，就是一個(gè)顏色上面的顏色區(qū)可以看出來。把光分開就是很模糊的區(qū)域，出來的最終效果不會(huì)很好。使用LED之后，我們可以選擇色點(diǎn)三個(gè)角上，可以覆蓋的范圍非常寬，你可以得到非常精細(xì)的色彩效果。

剛才已經(jīng)把兩個(gè)比較的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都談了，我這里就不再細(xì)述了。投影機(jī)對(duì)LED的光源提出了一些要求，這是我們?cè)趹?yīng)用當(dāng)中總結(jié)出來的，就是R/G/B當(dāng)中，LED輪流發(fā)光，高速開關(guān)、切換，切換時(shí)兩種不同顏色不允許重疊。而且在使用的過程當(dāng)中，會(huì)考慮到一個(gè)問題，就是某一時(shí)間不需要某一顏色的光，但是下一個(gè)開的時(shí)候，光的脈沖要完全一樣，避免重復(fù)性不好的問題；另外，因?yàn)槲覀円哑聊环糯?，圖像要很清晰，還要滿足大功率光輸出的需要，所以對(duì)LED需求功率也要很大。對(duì)于高端的系統(tǒng)要有錄像分析的功能，我們?cè)诳措娪暗臅r(shí)候可以明確感覺到，看晚上場景的時(shí)候希望它很暗，那時(shí)候發(fā)出很多光是沒有意義的，我們需要節(jié)能，不該有光輸出的時(shí)候要盡量減少，需要有亮度的時(shí)候可以投射出來，亮度的動(dòng)態(tài)范圍也增大了，這樣看起來的效果就會(huì)很大，所以就需要隨時(shí)進(jìn)行光源的亮度調(diào)整，R/G/B三種顏色可以獨(dú)立調(diào)整，這是更進(jìn)一步分析的結(jié)果。