一种更加简便高效的方法让您的LED运行更加明亮,寿命更.PDFVIP

第一页 白皮书 一种更加简便高效的方法 让您的 LED运行更加明亮，寿命更持久！ 作者：Chester Firek Vicor 资深产品营销经理 直视 LED 视频墙技术亮度优于液晶显示屏技术，因而该技术现已成为大屏幕日益普及的 选择。然而，大型视频显示屏面临着一个电源设计挑战：如何更好地开发可减少能耗， 最大限度降低发热量并可轻松缩放的高效率解决方案？热量问题可以说是 LED 的大问 题。热量愈多，温度就越高，就可快速降低 LED 亮度，并缩短其使用寿命。 造成 LED 面板发热的一个因素是：在视频墙中进行功率转换和配电时出现的热损耗；这 种损耗来自功率转换以及线缆及印刷电路板的电阻性铜损。那该怎样解决呢？对不同电 源架构选项进行优势评估，将有助于在设计高功率 LED 应用时，确定最好的方案。 LED 电源要求并不是平均的 除了比 LED 背景光液晶显示屏更亮以外，直视 LED 显示屏的电源效率也要高很多，因 为直视 LED 显示屏可用更少的能量产生更多的光输出（即有效功率）。虽然如此，它们 仍然会以热量形式浪费大量的电源。这可能会让人感到诧异，因为 LED 一般手感很凉。 这是因为它们通常不会以红外线辐射形式产生热量，一摸就能感觉到。事实上，高达 85% 的能耗都是以热量形式产生的，因此，大型 LED 阵列需要的功率远远超过了光转换功率。 图 1：维加斯弗蒙街 LED 体验显示屏的 分辨率为 7,552 x 552 像素，像素间隔 为 2 吋，全亮时功耗为 2.2 MW。采用 1,250 万个 LED，尺寸为 1,500 x 90 （图片来源：印第安纳波利斯艺术博物馆） 第二页 大型 LED 面板的 LED 功耗会很高。例如，弗蒙街体验显示屏（图 1）全亮时功耗为 2.2 MW，白天甚至需要更多的能量来抵消阳光的强光。即便小型显示屏也有大量的 LED，功 耗也很高：例如一家领先制造商的显示模块有一个 80 x 80 的阵列，总共有 6,400 个 LED，需要 300W（5V、60A）的电源。 因此，要最大化效率，主要看 LED 电源的设计。 当前 LED阵列日益常见 大型 LED 阵列包括多个面板，可以提供任意大小或形状的无缝影像，无论从哪个角度看，都能获得优异的观赏效果。就尺寸而言，从简单的滚动消息 显示屏到与图 1 所示的弗蒙街体验显示屏（有 1,250 万个 LED）类似的显示屏举不胜举。图 2 是两种 LED 技术具有独特优点的显示屏实例：安装 在出租车上的 LED 广告显示屏和环绕在建筑物侧边上的高弯曲曲面显示屏 (A) (B) 图 2：LED 显示屏可以变幻，以适应实时车辆位置信息 (A) 或三维形状 (B) （图片来源：Vicor 与 ） 电源系统设计优先级 电源系统必须采用最有效的方式，将输入的 AC 电压转换成隔离低电压、高电流 DC。每 一级功率转换都会增加成本，浪费能量，因此，最大限度地减少级数是一个设计优先级。 大型视频墙由许多连接在一起的模块组成，因此，高效率设计还必须进行适当调整，最 大限度地降低功率转换级的重复。 两个重要的设计优先级 1. 最小化配电损耗 — 通过电阻线路将电力从电源传输给 LED 阵列，会以热量形式产 生功率损耗，称之为配电损耗。电流 (I) 的配电损耗与该电流的平方成正比，即：P = I2R， 其中 R 是电线、母线或印刷电路板迹线的电阻。降低配电损耗，需要降低电流或电线电 阻。 降低电流并为负载输出相同的总功率，则需要增大电压 (P = UI)。例如，电压从 24V 增 加到 48V，会将电流减少 50%，进而会使配电损耗减少 75%。 尝试通过降低电线电阻来得到相同的结果，需要将导线截面积变为四倍，这样会增加重 量和成本，不太实际。 第三页 2. 减少 LED 的发热效应 — 如前文所述，热量是 LED 的死敌，效率低下的电源设计只 会使事情变得更糟。温度过高会缩短 LED 的使用寿命，并会造成褪色。更糟糕的是，光 输出会随接温的升高而下降；为 LED 应用提供高效率电源系统，必须注意每个单个组件， 避免局部热点，这些局部热点不仅会使 LED 更快损坏，而且还会使