投影機LED驅動(dòng)技術(shù)

　　鄭剛：大家好，直接開(kāi)講，因為L(cháng)ED很熱，市場(chǎng)上也有各種各樣的LED器件，我想為了體現特色，就把投影機應用的LED拿出來(lái)談。我接觸領(lǐng)域應用以來(lái)，感覺(jué)上投影機應用的要求是最高的，因為投出來(lái)的光被我們的眼睛看到，而且分辨在細節的圖像上來(lái)，如果表現不好可能大家就會(huì )看到今天這樣的效果，應該顯示白色的地方都是白色，但是藍色里面有紅色，為什么這樣呢？有不同顏色的光混在一塊，我們做投影機要把不同顏色的光區分開(kāi)，需要的時(shí)候再混合起來(lái)。

　　首先作為基礎來(lái)講，LED是我們最關(guān)注的對象，雖然我準備的內容從LED開(kāi)始談起，這里面有很多有關(guān)LED的資料，LED對于我們做驅動(dòng)的人來(lái)講，最重要的特性是V/I關(guān)系是非線(xiàn)性的，非線(xiàn)性表現出來(lái)的不是給了多高的電壓就給多少電阻出來(lái)，大家可以從曲線(xiàn)圖上看到，這里有一個(gè)示意圖，電壓小小的變化就帶來(lái)電流很大的變化，就是因為這個(gè)原因，用電壓驅動(dòng)帶來(lái)很大的狀況，電壓的誤差帶來(lái)電流很大的誤差，如果控制的方向從這個(gè)方向看過(guò)去，設置一個(gè)電流，引起的電壓變化對我們是沒(méi)有影響的。因為L(cháng)ED發(fā)光的時(shí)候，發(fā)光量和電流相關(guān)，也就是LED驅動(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(lái)是對應的，但不完全線(xiàn)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**0MA，有可能工作的效率是最高的。LED驅動(dòng)的時(shí)候最大電流值出現限制，這是大家都注意到的參數。這個(gè)圖我覺(jué)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，2*℃的情況下，LED持續供電可以有*00MA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。而且持續供電的電流也要下降。

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　　LED在應用當中還有很重要的影響，波長(cháng)也會(huì )發(fā)生變化，就是往紅光的方向移動(dòng)，我們稱(chēng)為紅移。這是VF值的應用，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，你拿到的LED VF值也是有差異的，這里的一款是我的客戶(hù)提供的LED，是一種顏色的LED合在一塊，是拿來(lái)做投影機的產(chǎn)品。你可以看到藍光和綠光VF值的變化范圍在 0.6V，最大值是4.*V，這是電流*00μA的情況下計算出來(lái)的。如果我們在應用當中，拿常見(jiàn)的穩壓器供電，比如說(shuō)一個(gè)DC-DC就是一個(gè)降壓器件，根據LED的狀況把它設定為*.6V，有的LED得到的電流是*00μA，有的只有200-*00μA，從所談的特性得到一個(gè)結論，把LED并聯(lián)連接的時(shí)候，各LED流過(guò)的電量不同、亮度不同，顏色也不一樣。我們在應用的時(shí)候，應該把LED拿來(lái)串聯(lián)連接，最簡(jiǎn)單的做法就是給一個(gè)電壓源，LED串聯(lián)起來(lái)里面串上一個(gè)電阻，這是最簡(jiǎn)單的做法。我們在市場(chǎng)上也看到這樣的產(chǎn)品，深圳有一個(gè)專(zhuān)門(mén)賣(mài)汽車(chē)上的LED產(chǎn)品的市場(chǎng)，大多數用LED做的車(chē)燈都是用電阻串聯(lián)起來(lái)的，哪怕是一個(gè)穩壓器件都沒(méi)有，這是很可怕的事情，因為L(cháng)ED的壽命不是太長(cháng)，碰得巧VF值比較高，壽命就可能比較長(cháng)。

021yin.com/public/baike）了解下。里面做的挺全的！

　　這是中間的風(fēng)險，用一顆電阻驅動(dòng)LED，由于我們剛才談到的時(shí)候，這時(shí)候把LED拿來(lái)并聯(lián)用，由于不同的影響，兩串LED流出來(lái)的電流也是不同的。這里面帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，流出電流比較高的LED，壽命比較短，第二串LED本來(lái)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(jué)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(hù)提供參照設計，這里的做法就是我在用一個(gè)驅動(dòng)器驅動(dòng)很多LED的時(shí)候，我們可以把LED拿來(lái)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(jiǎn)單的標準做法，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。一定要降低驅動(dòng)部分的成本做法可以由不同的做法完成。

　　在LED應用也有另類(lèi)的研究，像流入LED的紋波對線(xiàn)路的影響，這張圖LED的紋波對光效的影響，上面這條線(xiàn)是100%，每一條線(xiàn)是1%的變化，大概在電流紋波在100%的時(shí)候，也就是說(shuō)看到的完全是電流從零一直變化到最大值。無(wú)論如何，背景紋波對光效、發(fā)熱和壽命是有不利影響的，所以，設計者應努力降低流過(guò)LED的電流紋波。如果說(shuō)要求不高，社會(huì )也可以接受，但是因為L(cháng)ED在應用的時(shí)候盡量驅動(dòng)，所以紋波的增大對它是不利的，設計當中應該盡量減少紋波。

　　下面內容進(jìn)入投影技術(shù)的部分，我們對投影技術(shù)基礎有一個(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(guò)光學(xué)投影系統里面投影到屏幕上，讓大家看到一個(gè)個(gè)的點(diǎn)。也可以室外單片式結構，透過(guò)旋轉的色輪按時(shí)間順序分別產(chǎn)生R/G/B三基色圖像，利用人眼的視覺(jué)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(lái)，我們可以看到什么效應呢？就是彩虹效應，就是該顯示紅色的時(shí)候，綠色進(jìn)來(lái)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作反射，形成CMOS基板。這里顯示出來(lái)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，從應用方面來(lái)說(shuō)，單芯片和雙芯片是相類(lèi)似的，我們所看到的惠普電視也是用LCoS技術(shù)進(jìn)行的。

　　現在的投影機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(xiàn)一直到紅光，都有很強的輻射。蒸氣壓越高可見(jiàn)光的部分越豐富，這時(shí)候發(fā)光的效率也在下降，因為一般作為汞燈來(lái)講，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)際上我們在用投影機的時(shí)候，不追求效率而是追求光的亮度。一般投影機用的燈，至少在1*Mpa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果，也是它的主線(xiàn)圖。我們在使用汞燈的時(shí)候，就是用攝影取得不同波長(cháng)的光，但是我們又不能分成太細，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(guò)LCoS或者DLP的芯片得到我們想要的情況。因為L(cháng)ED開(kāi)光的時(shí)候用ns計算，是可以消除兩種不同顏色光的疊加，因為L(cháng)ED的普線(xiàn)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，就是因為它非常艷麗，有這樣的效果。我們看到右邊的色型圖，其實(shí)這是不對的，顏色發(fā)生最大的變化，藍色的部分還在，紅色部分嚴重缺少，綠色部分也看不出來(lái)，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，在構成顏色系統的時(shí)候，就是有三個(gè)不同的顏色他們所構成的這樣的三角區域在這個(gè)范圍之內的所有顏色都能生成出來(lái)，如果是兩種不同的顏色，就是一個(gè)顏色上面的顏色區可以看出來(lái)。把光分開(kāi)就是很模糊的區域，出來(lái)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的色彩效果。

021yin.com/public/seminar/content/type/article/rid/22/sid/2

　　剛才已經(jīng)把兩個(gè)比較的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都談了，我這里就不再細述了。投影機對LED的光源提出了一些要求，這是我們在應用當中總結出來(lái)的，就是R/G/B當中，LED輪流發(fā)光，高速開(kāi)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(guò)程當中，會(huì )考慮到一個(gè)問(wèn)題，就是某一時(shí)間不需要某一顏色的光，但是下一個(gè)開(kāi)的時(shí)候，光的脈沖要完全一樣，避免重復性不好的問(wèn)題；另外，因為我們要把屏幕放大，圖像要很清晰，還要滿(mǎn)足大功率光輸出的需要，所以對LED需求功率也要很大。對于高端的系統要有錄像分析的功能，我們在看電影的時(shí)候可以明確感覺(jué)到，看晚上場(chǎng)景的時(shí)候希望它很暗，那時(shí)候發(fā)出很多光是沒(méi)有意義的，我們需要節能，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(lái)，亮度的動(dòng)態(tài)范圍也增大了，這樣看起來(lái)的效果就會(huì )很大，所以就需要隨時(shí)進(jìn)行光源的亮度調整，R/G/B三種顏色可以獨立調整，這是更進(jìn)一步分析的結果。