led燈具電源驅(qū)動方案設(shè)計

—led燈具電源驅(qū)動方案設(shè)計一、工程根本情況1.1工程建設(shè)需求多功能禮堂舞臺演出顯示系統(tǒng)分為主屏、輔屏和會標屏3個部分。主屏建設(shè)需求是建設(shè)大幅面、高清楚度的大屏幕，顯示多個計算機數(shù)字信號、本會場攝像、遠程監(jiān)視或異地會商的視頻信號等，完成攝像、講解資料、視頻會議等畫面的顯示，同時還要兼顧舞臺演出背景；輔屏建設(shè)需求是顯示一個標清信號，完成會議輔助內(nèi)容的顯示，也可用作演出時的報幕、字幕等；會標屏則需要顯示多種顏色的文字。禮堂舞臺部分寬20m、深17m、高18m，臺口處寬15m、高7.8m；舞臺上方安裝燈光、幕布等舞臺機械裝置；臺口兩側(cè)耳墻距地面3m，寬8m，高6m。設(shè)計主屏顯示面積至少72平方米（12mX6m），屏前是主席臺會議和演出的場所，屏后則是演員通過和維護空間，第一排觀眾距屏至少17m；輔屏在耳墻上，顯示面積至少12平方米（4mX3m）。二、影響室內(nèi)LED顯示屏質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)室內(nèi)LED顯示屏在設(shè)計屏體時，要考慮顯示內(nèi)容、場地空間條件、顯示屏尺寸或像素大三個重要因素，同時要確保生產(chǎn)工藝、技術(shù)指標等合適室內(nèi)實際應用需求，再結(jié)合工程造價，進行合理設(shè)計。2.1LED顯示屏點間距視覺顆粒感主要來自人眼有肯定的辨別力，在肯定距離觀看兩點，當兩點緊密到肯定程度時，人眼將無法辨別。近兩年伴著LED顯示屏制造技術(shù)的提高，小間距LED顯示屏體辨別率不斷提升，室內(nèi)顯示設(shè)計已從初始選擇最小的點距規(guī)格方案提升到選擇適宜的點距規(guī)格方案。表1將比擬典型的聯(lián)誠發(fā)室內(nèi)LED顯示屏規(guī)格比照，P1.6、P2、P2.5、P3、P4、P5為室內(nèi)常用規(guī)格，“P3”表示像素點距為3mm，最小視距為人眼辨別不出像素點顆粒的距離，但這個距離長時間觀看會損傷視力，最正確視距為觀看屏幕舒適的距離，也是最清楚的距離。通過表1比照可以看出，P1.6、P2、P2.5三種規(guī)格，最小視距和最正確視距非常接近大平板電視的觀看要求，整屏辨別率高達4800X2400，在同樣的屏體上可以顯示更清楚的畫面，但在12m寬的屏幕上顯示一個高清信號需要放大3～4倍，顯示兩個高清畫面需要放大2倍；同時高辨別率顯示需要高性能的圖像處理裝備，系統(tǒng)的整體造價會很高。P4、P5兩種規(guī)格在12m寬的屏幕上無法同時顯示兩個高清畫面，不能滿意高清會議電視畫面顯示要求。P3即可滿意同時顯示兩個高清畫面的要求。依據(jù)顯示屏幕大小，最終選定性價比擬高的P3作為工程主屏和輔屏的顯示點距，選定P4作為會標屏的顯示點距。2.2封裝技術(shù)確定LED品質(zhì)的一個因素是主要材料，如芯片、支架、膠水（環(huán)氧樹脂）金線等，另一個因素是封裝工藝。像素封裝技術(shù)關(guān)系到整個顯示屏的顏色飽和度、視角等顯示效果和生產(chǎn)本錢、質(zhì)量穩(wěn)定性等，是選擇LED顯示屏非常關(guān)鍵的指標之一。室內(nèi)LED主流封裝技術(shù)主要有表貼SMD、直插DIP模式。表貼是指將封裝好的發(fā)光管粘貼在電路板上，然后進行集成電路焊接工藝加工成屏體。它散熱性好、顏色勻稱，整個顯示屏可以正面維護，大大減小了維護本錢和難度；同時，在封裝過程中進行填充金屬化合物，混色效果好，發(fā)光柔軟，更合適室內(nèi)應用。直插模塊是將發(fā)光管封裝成長方型，然后把紅綠蘭3個管拼在一起做成一個像素點模塊，直接安插在PCB板上焊接，工藝相對簡潔、本錢較低，壞點率高，主要應用于戶外顯示屏。室內(nèi)屏的像素結(jié)構(gòu)有表貼三合一和表貼三拼一（別離表貼）兩種方式。三合一表貼是指紅綠藍3個發(fā)光點封裝合成在同一個發(fā)光管里面，近看是一點，放大看就是3個發(fā)光點別離的一條線，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的材料和工藝要求高，主要用于小間距、高密度高端LED顯示屏的生產(chǎn)。三并一表貼（別離表貼）是指紅綠藍3個發(fā)光點是分開封裝的，封裝后排列成1個像素點，再封裝1個面罩愛護，能防塵、防劃，并能愛護發(fā)光晶片。三并一是別離表貼，三點分開供電，功耗小，且可完成單燈修理，本錢較低。一般來說，為了提升室內(nèi)屏的顯示效果，選用表貼三合一、黑燈技術(shù)、金線封裝等。2.3LED掌握電路的設(shè)計LED掌握部分是確定顯示效果的核心部分，掌握電路內(nèi)置高性能單片微型掌握芯片。掌握器通過內(nèi)部掌握程序向LED驅(qū)動芯片發(fā)送掌握信號和數(shù)據(jù)，LED驅(qū)動芯片接收到信號后，產(chǎn)生相應的動作，從而對每一路紅、綠、藍LED發(fā)光芯片完成單獨掌握。2.3.1驅(qū)動系統(tǒng)LED驅(qū)動部分的功能是接收顏色數(shù)據(jù)并驅(qū)動LED顯示屏按該數(shù)據(jù)所表示的亮度值顯示，通常有恒流、穩(wěn)壓、恒壓X恒流3種方式。恒流驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的，輸出的直流電壓隨負載阻值改變而改變，整個電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開路。穩(wěn)壓電路輸出固定電壓，輸出電流隨負載的增減而改變，整個電路不怕負載開路，但嚴禁負載完全短路。先恒壓再恒流方式是最理想的驅(qū)動電路，既要檢測LED電流，又要掌握LED電壓，有利于提高LED壽命，減小功耗，一般用于高檔LED產(chǎn)品中。2.3.2掌握系統(tǒng)LED的顯示效果取決于通過它的電流與電壓的大小、時間等，所以掌握系統(tǒng)主要是掌握LED的電源輸出。目前，PWM（脈沖調(diào)制）掌握方式設(shè)計的LED電源，轉(zhuǎn)換效率高達80%～90%，且輸出電壓或電流非常穩(wěn)定，屬于高牢靠性電源。PWM可以掌握LED開和關(guān)的時間比例，通過將時間比例劃分為若干等級，使LED顯示出相應數(shù)量的灰度等級（灰階）。三基色的灰度等級的乘積，是顯示屏理論上可以再現(xiàn)的顏色數(shù)量，一般為256級，顏色數(shù)到達16.7M，就可顯示24位真彩色的信息。一般PWM的頻率大于XXXHz，否則在觀看時會有顯示的閃爍和掃描線。如今灰度等級為10位的大屏，刷新頻率大多為800～XXX0Hz，LED行業(yè)最高刷新率為6800Hz。在攝像機正常取景及轉(zhuǎn)動下，LED屏體畫面顯示穩(wěn)定無閃爍，而且在最高刷新率下灰階過度順滑，沒有串色。2.3.3驅(qū)動系統(tǒng)與掌握系統(tǒng)的搭配LED作為電路的負載，與驅(qū)動系統(tǒng)、掌握系統(tǒng)的電路聯(lián)結(jié)關(guān)系到整個顯示屏的穩(wěn)定性，一般有串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)3種方式。串聯(lián)方式是牢靠性不高的聯(lián)結(jié)方式，常用于低端產(chǎn)品中，在穩(wěn)壓驅(qū)動電路中，當某一顆LED發(fā)生短路時，分配在其他LED的電壓將上升，簡單造成更多損壞。并聯(lián)方式適用于電源電壓較低的產(chǎn)品，恒流驅(qū)動電路中，當某一顆LED斷開時，分配在其他LED的電流將增大，簡單損壞電路上全部的LED。目前為了提高產(chǎn)品的牢靠性，一般采納混聯(lián)方式，串、并聯(lián)的LED數(shù)量平均分配，分組并聯(lián)，再將每組串聯(lián)在一起，這樣分配在一串LED上的電壓相同，通過每一顆LED的電流也根本相同，LED亮度全都，同時最好在恒流輸出中增加LED溫度負反應，防止LED溫度過高。整個顯示屏由多個模組單元拼接而成，為了保證供電和數(shù)據(jù)的牢靠性，也必需采納混聯(lián)方式，完成環(huán)路備份功能，當某一路電源顯現(xiàn)異樣故障時，其他電源會自動進行智能均流，從而不影響到系統(tǒng)的正常運用，更有效提升系統(tǒng)的無故障運行時間，削減故障維護時間。2.4會議攝像對屏體的特別要求雖然高刷新率能夠保證即使在高速攝影機的拍攝下，大屏幕仍能按時響應，畫面轉(zhuǎn)換、過渡更平滑流暢；但在運用過程中會發(fā)現(xiàn)，當攝像機鏡頭對準LED顯示屏時，偶然會顯現(xiàn)稀里糊涂的水波一樣的條紋和奇怪的顏色，并且伴著拍攝角度的改變、攝像機鏡頭焦距的調(diào)整，水波紋還會發(fā)生一些改變，非常影響直播和錄制的顯示效果，這就是電視攝像數(shù)字化帶來的摩爾紋現(xiàn)象。假如感光元件CCD（或CMOS）像素的空間頻率與影像中（LED）條紋的空間頻率接近，就會產(chǎn)生摩爾紋。既然摩爾紋現(xiàn)象是由LED顯示屏的固有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，假如使摩爾紋產(chǎn)生的條件——LED顯示屏的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)或攝像機CCD（CMOS）的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的其中之一消逝，理論上就可以完全消退摩爾紋干擾〔3〕。國內(nèi)公司在LED顯示屏外表疊加一層光學處理幕，該幕由特定比例的特別吸光材料與外表微珠透鏡涂層組成，通過光學幕的運用，使LED屏幕從原來的網(wǎng)格狀發(fā)光變?yōu)檫B續(xù)的面發(fā)光，通過對離散的LED像素點進行放大顯示，最終在光學處理幕外表形成連續(xù)的高清楚圖像，在提高比照度的同時，保存了較高的清楚度，而且消退了摩爾紋現(xiàn)象。三、室內(nèi)LED顯示屏室內(nèi)安裝設(shè)計3.1確定安裝位置主席臺寬15m，兩邊有側(cè)臺和側(cè)幕，設(shè)定寬12m、高6.2m的顯示屏，既不影響視頻會議顯示，又不影響演出背景顯示，采納P3.1規(guī)格的'產(chǎn)品，可以顯示1個滿屏的全高清視頻圖像，也可以同時無損顯示4個高清視頻圖像。屏體的安裝位置與最正確視距、視角有直接關(guān)系。GB504X20XX《視頻顯示系統(tǒng)工程技術(shù)標準》中數(shù)據(jù)和像素中心距公式H=kd。其中H為最大視距；k為視距系數(shù)，一般取345；d為字符高度，字符為16點陣漢字。依據(jù)公式計算，理想視距H=345X16X3.125=17.25m；最小視距為=1/2理想視距=8.6m。綜合兩個距離，結(jié)合主席臺的應用情況、會議區(qū)攝像及電視的擺放位置，建議第一排首長觀看LED大屏幕的最正確距離為18.3m。依據(jù)人眼的視覺特性，人眼對垂直視角15°、水平視角30°的長方體看得最清楚，不易疲憊。依據(jù)測算，第一排首長距離LED屏幕為18.3m，屏高6.2m，屏寬12m，垂直視角α=16°，水平視角β為36.3°，效果比擬理想。視覺計算如圖1、圖2所示。經(jīng)測算，大屏幕安裝在主席臺上，屏后安裝維護空間及通道5m，屏前距主席臺邊沿12m，屏體安裝距地面1.35m。3.2安裝基礎(chǔ)設(shè)計LED大顯示屏都是由若干個箱體組成，業(yè)界分為簡易箱體和標準箱體（也叫防水箱體，有后蓋）。戶外的屏一般都用防水箱體，戶內(nèi)多用簡易箱體。LED芯片封裝為像素后，根據(jù)肯定規(guī)章排列在電路板上，封裝并進行防水和加固處理，形成一個模組，模組辨別率一般為X48，多個模組搭配封裝在一個箱體中，就形成了箱體單元。每個箱體單元可作為獨立的顯示單元進行通電和數(shù)據(jù)顯示測試，以某品牌產(chǎn)品P3.1為例，箱體單元的參數(shù)如下：尺寸（WXHXD）為0.4mX0.3mX0.1m，辨別率為128X96，重量為5kg（40kg/平方米），平整度≤0.2mm，峰值功耗120W（XXX0W/平方米），平均功耗40W（330W/平方米）。3.2.1電源設(shè)計禮堂屬于重要場所，按二級負荷設(shè)計。該工程采納兩路電源同時供電，當發(fā)生電力變壓器故障或線路故障時，不致中斷供電，另一路電源能負擔全部負荷。依據(jù)《視頻顯示系統(tǒng)工程技術(shù)標準》，結(jié)合廠方設(shè)計參數(shù)，LED顯示屏滿負荷用電功率，按每平方米XXX0W計算。主屏、輔屏和會標屏總負荷為110kW，平均功率為36.3kW。根據(jù)LED電源功耗設(shè)計安全標準，電源功率設(shè)計時要留有余量，一般電源的功率=LED的功率X1.2，則工程中LED顯示屏的總功耗為132kW。LED器件抗浪涌的力量是比擬差的，特別是抗反向電壓的力量。在電源設(shè)計時，一是要設(shè)計智能配電箱，能夠?qū)崟r監(jiān)測整個LED顯示屏的負載運行情況，二是在配電前端安裝UPS或凈化電源，三是對電源線進行合理的規(guī)劃。工程的電源配置考慮到UPS的功率因數(shù)和最正確運行效率，UPS額定功率為132/0.8=165kV·A，電源型號為GESXNT160kV·A模塊化UPS。在地下一層配電室安裝160kV·AUPS和蓄電池柜（后備時間0.5h），從總配電匯流銅排壓線引接120m平方米4+1電纜至UPS輸入輸出配電柜350A空開，直接引接至UPS輸入，UPS輸出引接至UPS輸入輸出配電柜300A空開，下引90m平方米4+1電纜引接至LED大屏智能配電箱。3.2.2LED箱體安裝LED顯示屏箱體有鐵箱體、鋁箱體和壓鑄鋁箱體，3種箱體應用于不同場合。壓鑄鋁箱體主要用于高端和租賃，其特點是：模塊化，聯(lián)結(jié)簡潔，無風扇自然散熱，超靜音，效果較好，本工程采納的是壓鑄鋁箱體。箱體安裝維護支架為寬12m、高6.85m、深0.8m，主屏箱體重量為2976kg，箱體維護支架重量與箱體重量大致相同，整個屏體安裝總重量為6t，承重面積為9.6平方米（12mX0.8m），每平方米要承受625kg的重量，由于舞臺下面為沒有支撐立柱的地下室，所以需要在LED屏體下面安裝一個12mX1.2m的承載基礎(chǔ)，擴大承重面積。輔屏重量為480kg，耳墻中部有橫梁，填充部分為空心磚，先在橫梁上安裝承重框架，而后把箱體固定到框架上。LED顯示屏鋼結(jié)構(gòu)架體應嚴格根據(jù)確認后的設(shè)計圖紙、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB50205X20XX）及其他現(xiàn)行施工驗收標準要求進行施工，框架、支撐架、顯示屏箱體、掌握器箱體等產(chǎn)品構(gòu)件應安裝堅固、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、邊角過渡圓滑，無飛邊、無毛刺，各種固定螺栓緊固，金屬構(gòu)件需接地良好。在北方，人體靜電、電路靜電都會給LED顯示屏帶來意外損害，要牢靠地完成工作接地，把數(shù)字電路等電位與大地相接，建立LED顯示屏系統(tǒng)靜電荷泄放通道。3.3系統(tǒng)安裝調(diào)試LED顯示屏發(fā)展到小間距、高密度TV屏，物理像素間距已經(jīng)不是制約其顯示清楚度的主要因素，不能用高顯示辨別率替代清楚度。顯示屏的清楚度是人眼對顯示屏辨別率、勻稱性、亮度、比照度等多項因素綜合的主觀感受，而要到達主觀感受的全都性，首先要LED各項性能參數(shù)全都。這就要在前期元器件篩選、LED參數(shù)細分的基礎(chǔ)上，進行后續(xù)的精確校正。3.3.1屏體像素亮度、色度勻稱性要求在生產(chǎn)制造各環(huán)節(jié)，對LED參數(shù)的均一性會產(chǎn)生不同的影響，同時在故障板更換后，不進行調(diào)整會顯現(xiàn)明顯的亮區(qū)；為使各種