Устройство для управления излучением светодиодной матрицы
Устройство для управления излучением светодиодной матрицы может быть использовано в системах отображения визуальной информации. Устройство содержит N ключей, управляющие входы которых подключены к выходам схемы управления, светодиодную матрицу из M на N светодиодов, образующих группы, состоящие из k.i, N.i светодиодов. Устройство содержит управляемые стабилизаторы тока, входы которых соединены с выходами схемы управления, а выходы соединены с катодами светодиодов соответствующей группы светодиодов. Аноды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы соединены с соответствующими силовыми электродами N токовых ключей, а другие силовые электроды этих токовых ключей соединены с положительным полюсом источника питания. Устройство снабжено цепями токовой компенсации пробитых светодиодов. Каждая цепь состоит из резистора, диода и источника напряжения. Резистор подключен одним полюсом к общей точке соединения анодов светодиодов группы к и силового электрода токового ключа k, другим полюсом k отрицательному полюсу источника питания. Диод подключен катодом к точке соединения анодов светодиодов группы k и силового электрода токового ключа k, а анодом подключен к положительному полюсу источника напряжения. Отрицательный полюс источника напряжения соединен с отрицательным полюсом источника питания. Использование устройства обеспечивает отсутствие ярко светящихся сегментов при выходе из строя хотя бы одного из светодиодов светодиодной матрицы, включенных в группу и отсутствии ореола в виде подсвечивания ярких элементов изображения по краям, что улучшает качество выводимого изображения.
Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована в системах обработки и отображения информации на светодиодных панелях.
Преимущественно полезная модель относится к устройствам для управления источниками света, не отнесенным к другим подклассам, и может быть использована в системах отображения визуальной информации, в частности в рекламных щитах для показа статических или движущихся изображений.
Известно устройство с использованием светодиодной матрицы, состоящей из M на N светодиодов, управление которой осуществляется меньшим количеством первых M и вторых N ключей (применение оптоэлектронных приборов: Пер. с англ. / С. Гейг, Д. Эванс, М. Ходдап, Х. Соренсен - М.: Радио и связь, 1981. - С. 63, рис. 2.37). Недостатком этого устройства является значительная потребляемая мощность, так как для формирования требуемой величины электрического тока через единичные светодиоды матрицы используются активные резисторы, рассеивающие бесполезную мощность потерь. Это препятствует применению подобного устройства при больших площадях отображаемой информации, когда количество светодиодов велико.
Известно устройство для осуществления способа управления излучением световой матрицы (RU 2262217 C2 МПК H05B 43/00, оп. 10.10.2005 г.). Устройство содержит M первых и N вторых ключей, управляющие входы которых подключены к выходам схемы управления, а также светодиодную матрицу, состоящую из M на N светодиодов, у которых катоды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы, состоящих из 1i, ki, Ni светодиодов, соединены через соответствующие силовые электроды N ключей с общим полюсом устройства, причем аноды светодиодов 1i, ki, Ni каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы соединены между собой. В устройство введены N трансформаторов, начала первичных обмоток которых подключены к потенциальному полюсу источника электропитания, а концы через силовые электроды ключей соединены с началами вторичных обмоток трансформаторов и с общим полюсом устройства, причем концы вторичных обмоток N трансформаторов подключены к точкам соединения анодов 1i, ki, Ni групп светодиодов светодиодной матрицы соответственно. Формирование токов через светодиоды осуществляется путем изменения временного порядка включения и выключения первых M и вторых N ключей. Недостаток устройства заключается в том, что повышение цветового разрешения в нем требует повышения частоты дискретизации либо уменьшения количества групп, что приводит к существенному усложнению аппаратной реализации - увеличению количества используемых компонентов и потребляемой мощности или уменьшению количества вложенных циклов, что снижает качество отображаемой информации - приводит к появлению мерцания изображения.
Наиболее близким аналогом технического решения к заявляемому устройству является устройство для управления излучением светодиодной матрицы (RU 2435337 C1 МПК H05B 43/00, оп. 27.11.2011). Устройство для управления излучением светодиодной матрицы, содержит M ключей, управляющие входы которых подключены к выходам схемы управления, светодиодную матрицу из M на N светодиодов, образующих группы, состоящие из 1.i, k.i, N.i светодиодов. Устройство имеет блок стабилизаторов тока высокой точности (стабилизатор тока, поддерживающий ток с точностью не хуже 1%), вход которого соединен с выходом схемы управления через шину данных для передачи информации, а выход его соединен с катодами светодиодов соответствующей группы светодиодов, при этом аноды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы соединены с соответствующими силовыми электродами N токовых ключей, при этом другие силовые электроды этих токовых ключей соединены с положительным полюсом источника питания, а катоды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы соединены между собой.
Недостатком устройства, наиболее близкого аналога технического решения, является наличие емкостей обратносмещенных светодиодов и емкости ключей 1, обусловленных большим временем рассасывания зарядов. Это приводит к тому, что при переключении групп (выключении ключа 1.i и включении ключа 1.i+1) при зажигании светодиода 3(k,i+1), вспыхивает светодиод 3(k,i), что приводит к появлению ореола в виде подсвечивания ярких элементов изображения по краям. Чтобы снизить влияние данного эффекта необходимо увеличивать время защитного интервала, то есть время между выключением ключа 1.i и включением ключа 1.i+1, что приводит к появлению дефекта изображения в виде темных полос (горизонтальных или вертикальных, в зависимости от угла поворота матрицы).
Задачей полезной модели явилось создание нового устройства для управления излучением светодиодной матрицы, использование которого в светодиодных экранах позволит получить новый технический результат по сравнению с наиболее близким аналогом технического решения.
Технический результат состоит в отсутствии ореола в виде подсвечивания ярких элементов изображения по краям (яркий светодиод подсвечивается соседним диодом, не участвующим в формировании изображения) и в отсутствии ярко светящихся сегментов при выходе из строя любого из светодиодов светодиодной матрицы, включенных в группу, что улучшает качество выводимого изображения.
Устройство для управления излучением светодиодной матрицы характеризуется новой совокупностью существенных признаков. Оно содержит N ключей, управляющие входы которых подключены к выходам схемы управления, светодиодную матрицу из M на N светодиодов, образующих группы, состоящие из 1.i, k.i, N.i светодиодов. Устройство имеет управляемые стабилизаторы тока. Их входы соединены с выходами схемы управления, а выходы соединены с катодами светодиодов соответствующей группы светодиодов. Аноды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы соединены с соответствующими силовыми электродами N токовых ключей, при этом другие силовые электроды этих токовых ключей соединены с положительным полюсом источника питания. Устройство имеет цепи токовой компенсации пробитых светодиодов. При этом каждая из цепей состоит из резистора, подключенного одним полюсом к общей точке соединения анодов светодиодов группы k и силового электрода токового ключа k. Другой полюс резистора подключен к отрицательному полюсу источника питания, диода, подключенного катодом к точке соединения анодов светодиодов группы k и силового электрода токового ключа k. Анод диода подключен к положительному полюсу источника напряжения, отрицательный полюс которого соединен с отрицательным полюсом источника питания.
Указанная новая совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения приведенного технического результата.
Примером реализации устройства служит приведенная блок схема на фиг. 1 чертежей. Устройство для управления излучением светодиодной матрицы содержит N ключей 1, управляющие входы которых подключены к выходам схемы 2 управления, а также светодиодную матрицу, состоящую из M на N светодиодов 3. Аноды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы, состоящей из 1.i, k.i, N.i светодиодов, соединены через соответствующие силовые электроды N ключей 1 с положительным полюсом 4 источника питания (сам источник питания на фиг. 1 не показан). Катоды светодиодов 3(1.i), 3(k.i), 3(N.i) каждой из групп светодиодной матрицы соединены между собой. Устройство имеет M управляемых стабилизаторов тока 5 для каждой группы светодиодов, для отведения тока в отрицательный полюс 6 источника питания. Входы управляемых стабилизаторов тока 5 соединены с выходами схемы 2 управления. Выходы их соединены с катодами светодиодов соответствующей группы светодиодов. Аноды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы соединены с соответствующими силовыми электродами N токовых ключей 1, при этом другие силовые электроды этих токовых ключей 1 соединены с положительным полюсом 4 источника питания. Каждая цепь токовой компенсации пробитых светодиодов состоит из диодов 8.1
8.N, источников напряжения 9.19.N и резисторов 7.17.N. Катоды диодов 8.18.N соединены с анодами светодиодов каждой из групп светодиодов 3 светодиодной матрицы и силовыми электродами N токовых ключей 1. Аноды диодов 8.18.N соединены с положительными полюсами источников 9.19.N напряжения, отрицательные полюсы указанных источников 9 напряжения соединены с отрицательным полюсом 6 источника питания. Резисторы 7.17.N одним полюсом подключены к общей точке соединения анодов светодиодов 3 группы k и силовом электродам токового ключа 1.k, а другим полюсом подключен к отрицательному полюсу 6 источника питания.
Управляемые стабилизаторы тока выполнены в виде многоканальных микросхем стабилизаторов тока TLC59281.
Схема 2 управления выполнена на микросхеме программируемой логики ALTERA EP3CE256.
Устройство работает следующим образом. Схема 2 управления в каждый период мультиплексирования формирует импульсные сигналы данных, принимаемые управляемыми стабилизаторами тока 5, соединенными с отрицательным полюсом 6 источника питания, устанавливающие включенное и выключенное состояние управляемых стабилизаторов тока 5, и сигналы управления токовыми ключами 1, подключающими и отключающими каждый свою группу светодиодов 3 к положительному полюсу 4 источника питания. В следующий период мультиплексирования происходит формирование сигналов для управления очередной группой светодиодов 3 от 1 до N. В общем случае в каждом периоде мультиплексирования светодиод может находиться во включенном состоянии, когда подключенный к его катоду управляемый стабилизатор тока 5 находится во включенном состоянии и подключенный к его аноду токовый ключ 1 открыт, или в выключенном состоянии - когда управляемый стабилизатор тока 5 находится в выключенном состоянии или закрыт указанный токовый ключ 1.
Резисторы 7 в схеме необходимы для уменьшения длительности переходных процессов, связанных с переключением ключей 1 и устранения эффекта подсвечивания светодиодов вновь зажигаемой фазы, связанного с большой емкостью обратно смещенных светодиодов и длительным временем рассасывания заряда в ключах 1. Рассмотрим случай, когда на матрице зажжен светодиод 3(1.1) а светодиод 3(k.i) пробит (имеет низкое сопротивление). При отработке первой фазы (ключ 1.1 открыт), ток протекает по цепи открытый ключ 1.1, светодиод 3(1.1) и управляемый стабилизатор тока 5.1, зажигает светодиод 3(1.1), светодиод 3(k.1),находящийся в группе с пробитым светодиодом 3(k.i) не горит, так как разность потенциалов на нем, создаваемая с одной стороны открытым ключом 1.1, а с другой стороны потенциалом, приходящим через пробитый светодиод 3(k.i) и открытый диод 8.k с источника напряжения 9.k недостаточна для его зажигания. При отработке N-ой фазы (ключ 1.N открыт) рабочий ток не течет, цепи токовой компенсации пробитых светодиодов создают на силовых электродах ключей 1 в нерабочей фазе (ключ закрыт) уровень напряжения на 1 вольт ниже напряжения на положительном полюсе 4 источника питания, что недостаточно для зажигания светодиодов, находящихся в одной группе с пробитым светодиодом. Это полностью устраняет описанный выше недостаток наиболее близкого аналога технического решения.
Для устранения этого недостатка в устройство были введены новые элементы и их новое подключение, а именно цепи токовой компенсации пробитых светодиодов, каждая из которых состоит из резистора 7, диода 8 и источника 9 напряжения, уровень напряжения которого рассчитывается по приведенной ниже формуле и является достаточным, чтобы не допустить зажигание светодиодов через пробитый светодиод, на 1 вольт меньше, чем напряжение, коммутируемое ключами 1. Напряжение источников напряжения 9 рассчитывается по формуле:
U9=U 4-7+UD8-1, где
U9 - напряжение источника 9 напряжения;
U4-7 - напряжение источника питания между полюсами 4 и 7;
UD8 - прямое падение напряжения на диоде 8.
Использование устройства обеспечивает отсутствие ореола в виде подсвечивания ярких элементов изображения по краям и отсутствие ярко светящихся сегментов при выходе из строя хотя бы одного из светодиодов светодиодной матрицы, включенных в группу, что улучшает качество выводимого изображения.
Устройство для управления излучением светодиодной матрицы, характеризующееся тем, что оно содержит N ключей, управляющие входы которых подключены к выходам схемы управления, светодиодную матрицу из M на N светодиодов, образующих группы, состоящие из 1.i, k.i, N.i светодиодов, управляемые стабилизаторы тока, входы каждого из которых соединены с выходами схемы управления, а выходы их соединены с катодами светодиодов соответствующей группы светодиодов, при этом аноды каждой из групп светодиодов светодиодной матрицы соединены с соответствующими силовыми электродами N токовых ключей, при этом другие силовые электроды этих токовых ключей соединены с положительным полюсом источника питания, а цепи токовой компенсации пробитых светодиодов, каждая из которых состоит из резистора, подключенного одним полюсом к общей точке соединения анодов светодиодов группы k и силового электрода токового ключа k, другим же полюсом подключенного к отрицательному полюсу источника питания, диода, подключенного катодом к точке соединения анодов светодиодов группы k и силового электрода токового ключа k, а анодом подключенного к положительному полюсу источника напряжения, отрицательный полюс которого соединен с отрицательным полюсом источника питания.
