CN101800009A - Led显示屏供电方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED显示屏供电方法，首先将来自外部交流电源的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输送至高压直流电源总线上；接着，根据LED显示屏上各用电模块所需的工作电压，分别对所述高压直流电源总线上的电压进行直流-直流直流电压转换，并将转换后的电压分别输入所述LED显示屏的对应用电模块中。本发明还涉及一种LED显示屏供电系统。本发明提高了供电效率，减少了损耗，降低了成本，能够简化供电系统及其应用系统的结构，提高系统运行的可靠性，减少供电系统所需安装空间，便于布线。
Description
技术领域
本发明涉及LED显示装置领域，尤其是涉及一种LED显示屏供电方法及系统。
背景技术
LED显示装置包括LED显示屏以及其供电系统，其中LED显示屏是一种由数十、数百甚至更多尺寸较小的LED基本显示单元模块拼装而成，用于显示文字、图形和视频的大屏幕。每个LED基本显示单元模块具有以下基本特征：a、具有一定数量的LED发光器件排列成的平面点阵；b、具有驱动LED发光器件工作的控制电路；c、具有与外部连接的信号接口和电源输入接口；以及，d、具有安装上述a、b、c等内部部件的框架和用于拼装大屏幕的连接构件。每个LED基本显示单元模块都需要低压例如3v～5v直流电源供电。每平方米LED显示屏耗电约为100w～400w。可见，对大屏幕LED显示屏进行供电需要大量的电源和电源转换模块。
如图1所示，现有LED显示装置通常采用多个独立的小功率(1000W以下)交流直流/(AC/DC)电源模块分别将来自外部交流电源的交流电直接转换为LED显示屏上各用电模块工作所需的直流低电压，对其LED显示屏进行供电。而且，为了满足国家标准和各种国际标准规定的关于用电设备高次谐波对电网谐波污染的限制，如国家标准GB/T14549-93，国际电工委员会的IEC5552和IEC61000-3-2等，每个小功率AC/DC电源模块都必须具有功率因数校正(Power Factor Correction，简称PFC)，还必须具有抗电磁干扰(ElectroMagnetic Interference，简称EMI)的滤波、抑制启动浪涌电流等功能。
这种采用多个小功率AC/DC电源模块分别对LED显示屏进行供电的方法，存在以下明显的严重缺陷：
1、小功率AC/DC电源模块的工作效率很低：目前AC/DC电源模块产品的效率大多为76％-82％左右，效率较高的AC/DC电源模块产品也很少能超过84％。因此，采用大量小功率AC/DC电源模块供电会有较大的能量损耗。
2、每个独立的AC/DC电源模块都必须具有PFC、EMI滤波、抑制启动浪涌电流等功能，使得电源模块成本很高，而且，由于难以做到物尽其用，故会显得过于浪费资源。
3、采用多个独立的AC/DC电源模块对LED显示屏进行供电，导致整个供电系统及其应用系统的结构复杂，所用元器件较多亦令装置运行的可靠性比较低。
4、现有小功率AC/DC电源模块产品体积较大，较多地占用了LED显示装置的有效安装空间，显著增加了LED显示装置机架和外壳的材耗；由于电源模块输出端与负载之间的连线较长，增加了布线难度，在负荷较重时产生的线路压降较大，严重时甚至会影响负载的动态特性。
5、由于小功率AC/DC电源模块工作效率偏低而导致电源模块严重发热。因此必须对电源模块设置有效、可靠的散热设施。这已经在LED显示屏的应用上给用户造成极大的困难，也导致设备成本和维护成本的显著增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种供电效率高、损耗少、成本低的LED显示屏供电方法及系统，能够简化供电系统及其应用系统的结构，提高系统运行的可靠性，减少供电系统所需安装空间，便于布线，方便系统维护。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种LED显示屏供电方法及系统，采用高压直流电源总线方式为LED显示屏供电。高压直流电源总线在概念上是一种供配电系统的内部结构；在工程应用系统中，它是各用电设备具有统一电源输入标准的电源输配电公用线路。各用电设备通过电源总线从电力电源获得能量。高压直流电源总线式供电在LED显示屏中的应用，首先是用某种设备，例如高频开关整流器，将来自外部的单相或三相交流电转换成数十或数百伏的高压直流电，然后再采用高压直流电源总线的输配电方式将高压直流电源的能量输送到各个LED显示屏的各用电模块。
本发明提供一种LED显示屏供电方法，该方法包括下列步骤：
(a)将来自外部交流电源的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输送至高压直流电源总线上；
(b)根据LED显示屏上各用电模块所需的工作电压，分别对所述高压直流电源总线上的电压进行直流-直流电压转换，并将转换后的电压分别输入所述LED显示屏的对应用电模块中。
所述步骤(b)中采用直流/直流应用电源模组分别对所述高压直流电源总线上的电压进行直流电压转换和传输。
所述直流/直流应用电源模组包括多个单路输出的直流/直流电源转换器或者至少一个多路输出的直流/直流电源转换器。
所述步骤(a)中采用高频开关整流器将来自外部交流电源的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输送至高压直流电源总线上。
所述高频开关整流器包括一个或多个并联的大功率、高直流电压输出的交流/直流电源转换器。
本发明还提供一种LED显示屏供电系统，该系统包括高频开关整流器、高压直流电源总线和直流/直流应用电源模组，其中所述高频开关整流器用于将从外部交流电源输入的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输出至所述高压直流电源总线；所述直流/直流应用电源模组根据LED显示屏上各用电模块所需的工作电压，对所述高压直流电源总线上的电压进行直流-直流电压转换，该直流/直流应用电源模组的输入端连接至所述高压直流电源总线，输出端分别连接至LED显示屏上对应用电模块的电压输入端。
所述高频开关整流器包括一个或多个并联的大功率、高直流电压输出的交流/直流电源转换器。
所述直流/直流应用电源模组包括多个单路输出的直流/直流电源转换器或者至少一个多路输出的直流/直流电源转换器，该直流/直流电源转换器的输入端分别连接至所述高压直流电源总线，输出端分别连接至LED显示屏上对应用电模块的电压输入端。
本发明还提供一种LED显示装置，该LED显示装置包括LED显示屏和用于为该LED显示屏供电的供电系统，其特征在于，所述供电系统包括高频开关整流器、高压直流电源总线和直流/直流应用电源模组，其中所述高频开关整流器用于将从外部交流电源输入的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输出至所述高压直流电源总线；所述直流/直流应用电源模组根据所述LED显示屏上各用电模块所需的工作电压，对所述高压直流电源总线上的电压进行直流-直流电压转换，该直流/直流应用电源模组的输入端连接至所述高压直流电源总线，输出端分别连接至LED显示屏上对应用电模块的电压输入端。
所述高频开关整流器包括一个或多个并联的大功率、高直流电压输出的交流/直流电源转换器；所述直流/直流应用电源模组包括多个单路输出的直流/直流电源转换器或者至少一个多路输出的直流/直流电源转换器，该直流/直流电源转换器的输入端分别连接至所述高压直流电源总线，输出端分别连接至LED显示屏上对应用电模块的电压输入端。
本发明采用高压直流电源总线方式对LED显示屏进行供电，先将来自交流电源的交流电转换为高压直流电，再以高压直流电源总线方式对该转换得到的高压直流电进行直流-直流电压转换，分别对LED显示屏各用电模块进行直流供电，能够获得以下有益效果：
1、由于本发明首先将交流电源的交流电转换为高压直流电，可实现很高的电源转换效率，具体而言，采用高频开关整流器，即大功率(单机容量为数千瓦至数百千瓦)AC/DC电源转换器具有高达98％以上的转换效率，与现有技术相比，大大提高了供电效率，减少了损耗，节能效果非常显著；
2、本发明在AC/DC的转换过程中，由大功率高频开关整流器对整个供电系统集中完成有源功率因子调节、浪涌抑制、电磁干扰滤波、直流输出预稳压等处理；此外，也只需在高频开关整流器中设置故障检测、保护和报警等电路，不但降低了整个供电系统的成本，而且大大方便对LED显示屏供电状态的监控，使得供电系统具有更高的性价比；
3、本发明采用总线方式供电，与现有技术相比，采用电源总线供电方式可以极大地简化系统结构、使得应用系统容易扩充，在提高供电系统的可靠性、方便系统的运行管理和维护方面也有重要的意义；
4、本发明还能够显著减少整个LED显示装置的有效安装空间，大大降低LED显示装置外壳的材耗，而且由于DC/DC应用电源模组转换效率高，体积小巧，可就近安装在LED显示屏各模组所在的电路板上，令电源与负载之间的连线较短，布线容易，不会在负荷较重时产生严重的线路压降而影响负载的动态特性；
5、由于本发明显著提高供电系统的效率，大大减少了各环节的功率损耗，使得各电源转换器的发热量较小，从而简化了电源转换器的散热设施，进一步降低了设备本身和设备运行的维护成本。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是现有LED显示装置的LED显示屏供电系统的结构示意图。
图2是本发明的LED显示屏供电方法的流程图。
图3是本发明的LED显示屏供电系统的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的LED显示屏供电方法在于：首先将来自外部交流电源(单相或三相)的交流电进行交流-直流整流变换，变换为高压直流电并将该高压直流电输送至高压直流电源总线上，步骤S201。该转换过程可以采用高频开关整流器来实现。
高频开关整流器是一种采用电子开关原理和技术，将单相或三相交流电整流变换成平滑直流电的交流/直流(AC/DC)功率电子设备。在本发明供电方法中，高频开关整流器用于实现将来自外部的单相或三相交流电进行交流-直流整流变换，输出数十或数百伏的高压直流电至高压直流电源总线。该高频开关整流器可为大功率(单机容量为数千瓦至数百千瓦)、高直流电压输出的交流/直流(AC/DC)电源转换器(具体选用多大功率的设备须根据LED显示屏大小所决定的功率消耗确定)，以将交流电源输入的交流电转换为数十或数百伏的高压直流电并将其输出至高压直流电源总线上。在本实施例中，该高频开关整流器可将交流电源输入的交流电转换为375V～425V的高压直流电并将其输出至高压直流电源总线上。高频开关整流器能够提供有源功率因子调节(Active Power Factor Correction，简称APFC)、浪涌抑制、电磁干扰(ElectroMagnetic Interference，简称EMI)滤波、直流输出预稳压等功能，同时还可根据应用需要设置各种完善的故障检测，保护和报警电路等。因高频开关整流器的结构和功用是为本领域普通技术人员所易知的，故在此不再赘述。
其次，分别对高压直流电源总线上的电压进行直流-直流电压转换，将其转换成LED显示屏上各用电模块所需的工作电压，并将转换后的电压分别输入LED显示屏的对应用电模块中，目的是向LED显示屏上各用电模块供电，步骤S202。该转换过程可以采用适当设备实现，例如适当的直流/直流(DC/DC)应用模组电源来实现。
DC/DC应用电源模组是一种采用电子开关原理和技术，用于直流电能量传递和输入、输出电压转换的模块化功率电子设备。在本发明供电方法中，可由DC/DC应用电源模组将所述高压直流电源总线上的直流高电压转换成LED显示屏上各用电模块工作所需的直流低电压。DC/DC应用电源模组可由多个单路输出的DC/DC电源转换器构成，也可由单个或多个多路输出的DC/DC电源转换器构成，为LED显示屏的各用电模块供电。其中DC/DC应用电源模组的结构和功用是本领域普通技术人员所易知，故在此不再赘述。
按照上述LED显示屏供电方法，本发明还提供了一种LED显示屏供电系统。如图3所示，该LED显示屏供电系统包括高频开关整流器10、高压直流电源总线30和直流/直流(DC/DC)应用模组电源20。
其中，高频开关整流器10采用一大功率(单机容量为数千瓦至数百千瓦)、高直流电压输出的交流/直流(AC/DC)电源转换器实现，具体选用多大功率的设备须根据LED显示屏大小所决定的功率消耗确定，输出电压则可为数十或数百伏(本实施例中375V～425V)直流。该高频开关整流器10输入端可连接至外部交流电源(单相或三相)，将该交流电源输入的交流电转换为数十或数百伏(本实施例中375V～425V)的高压直流电后，输出到其输出端所连接的高压直流电源总线30上。该高频开关整流器10能够提供APFC、浪涌抑制、EMI滤波、直流输出预稳压等功能，同时还可根据应用需要设置各种完善的故障检测，保护和报警电路等。因该高频开关整流器10的结构和功用是本领域普通技术人员所易知的，故在此不再赘述。
本实施例中，采用一个大功率AC/DC电源转换器作为高频开关整流器10来实现AC/DC的转换。在其他实施例中，例如在更大型的LED显示屏的供电系统中，为满足更大的供电功率要求，可以由多个大功率、高直流电压输出的AC/DC电源转换器并联组成的高频开关整流器，进行交流-直流转换，来提高输出功率。
DC/DC应用电源模组20则可如图3所示，包括多个单路输出的DC/DC电源转换器21；或者，也可包括单个或多个多路输出的DC/DC电源转换器21。该DC/DC电源转换器21可根据LED显示屏40上各用电模块所需的各工作电压进行电压转换和输出。例如，DC/DC应用电源模组20有5v、3.6v和2.8v三路输出；其中5v用于为视频信号编码/解码、LED驱动逻辑控制芯片、状态检测和保护等电路或电路模块供电；3.6v用于红色LED器件的驱动电源；2.8v则用于蓝、绿LED器件的驱动电源。各DC/DC电源转换器21的输入端接入高压直流电源总线30，由高频开关整流器10通过该高压直流电源总线30对其提供直流输入；其输出端则连接至LED显示屏40上对应用电模块的电压输入端，对LED显示屏40供电。因DC/DC电源转换器21的结构和功用是本领域普通技术人员所易知的，故在此不再赘述。
由此可见，由于本发明先将来自交流电源的交流电转换为高压直流电，再以高压直流电源总线方式对该转换得到的高压直流电进行直流-直流电压转换，分别对LED显示屏各用电模块进行直流供电，其高频开关整流器，即大功率(单机容量为数千瓦至数百千瓦)AC/DC电源转换器具有高达98％以上的转换效率，故本发明可实现很高的电源转换效率，与现有技术相比，大大提高了供电效率，减少了损耗，节能效果非常显著；而且在交流-直流电的转换过程中，由大功率高频开关整流器对整个供电系统集中完成有源功率因子调节、浪涌抑制、电磁干扰滤波、直流输出预稳压等处理，也只需在高频开关整流器中设置故障检测、保护和报警等电路，从而降低了整个供电系统的成本，充分做到了物尽其用，使得供电系统具有更高的性价比。同时，与现有技术相比，本发明采用总线方式供电，大大简化了整个供电系统及其应用系统的结构，使得应用系统容易扩充，提高了系统运行的可靠性。本发明还显著减少整个LED显示装置的有效安装空间，大大降低LED显示装置外壳的材耗，而且由于DC/DC应用电源模组转换效率高，体积小巧，可就近安装在LED显示屏各模组所在的电路板上，令电源与负载之间的连线较短，布线容易，不会在负荷较重时产生严重的线路压降而影响负载的动态特性。此外，由于本发明显著提高供电系统的效率，大大减少了各环节的功率损耗，使得各电源转换器的发热量较小，从而简化了电源转换器的散热设施，进一步降低了设备本身和设备运行的维护成本。
本发明的上述LED显示屏供电系统可应用在一LED显示装置中，该LED显示装置包括LED显示屏40及其供电系统，其中供电系统用于为LED显示屏40供电，包括高频开关整流器10、高压直流电源总线30和DC/DC应用电源模组20。其中，高频开关整流器10采用大功率(单机容量为数千瓦至数百千瓦)、高直流电压输出的AC/DC电源转换器实现，具体选用多大功率的设备须根据LED显示屏大小所决定的功率消耗确定，输出电压则可为数十或数百伏(本实施例中375V～425V)直流。该高频开关整流器10输入端可连接至外部交流电源(单相或三相)，将该交流电源输入的交流电转换为数十或数百伏(本实施例中375V～425V)的高压直流电后，输出到其输出端所连接的高压直流电源总线30上。该高频开关整流器10能够提供APFC、浪涌抑制、EMI滤波、直流输出预稳压等功能，同时还可根据应用需要设置各种完善的故障检测，保护和报警电路等。
DC/DC应用电源模组20则可包括多个单路输出的DC/DC电源转换器21；或者，也可包括单个或多个多路输出的DC/DC电源转换器21，该DC/DC电源转换器21可根据LED显示屏40上各用电模块所需的各工作电压进行电压转换和输出。例如，DC/DC应用电源模组20有5v、3.6v和2.8v三路输出；其中5v用于为视频信号编码/解码、LED驱动逻辑控制芯片、状态检测和保护等电路或电路模块供电；3.6v用于红色LED器件的驱动电源；2.8v则用于蓝、绿LED器件的驱动电源。各DC/DC电源转换器21的输入端接入高压直流电源总线30，由高频开关整流器10通过该高压直流电源总线30对其提供直流输入；其输出端则连接至LED显示屏40上对应用电模块的电压输入端，对LED显示屏40供电。
以上通过实施例对本发明进行了说明，所提供的实施例仅作为示例，并非因此限制本发明的实施范围，其中，“大功率”和“高直流电压输出”的概念是相对于现有应用中几百瓦小功率和几伏低直流电压输出的AC/DC模块而言。本技术领域的普通技术人员明白，根据以上描述可以对本发明做各种改变和修改。因此，可以理解，除上述特定实施例外，本发明可以其他方式实施，而不限于上述说明书中所描述。
Claims (10)
1.一种LED显示屏供电方法，其特征在于，包括下列步骤：
(a)将来自外部交流电源的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输送至高压直流电源总线上；
(b)根据LED显示屏上各用电模块所需的工作电压，分别对所述高压直流电源总线上的电压进行直流-直流电压转换，并将转换后的电压分别输入所述LED显示屏的对应用电模块中。
2.根据权利要求1所述的LED显示屏供电方法，其特征在于，所述步骤(b)中采用直流/直流应用电源模组分别对所述高压直流电源总线上的电压进行直流电压转换和传输。
3.根据权利要求2所述的LED显示屏供电方法，其特征在于，所述直流/直流应用电源模组包括多个单路输出的直流/直流电源转换器或者至少一个多路输出的直流/直流电源转换器。
4.根据权利要求1或2或3所述的LED显示屏供电方法，其特征在于，所述步骤(a)中采用高频开关整流器将来自外部交流电源的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输送至高压直流电源总线上。
5.根据权利要求4所述的LED显示屏供电方法，其特征在于，所述高频开关整流器包括一个或多个并联的大功率、高直流电压输出的交流/直流电源转换器。
6.一种LED显示屏供电系统，其特征在于，包括高频开关整流器、高压直流电源总线和直流/直流应用电源模组，其中所述高频开关整流器用于将从外部交流电源输入的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输出至所述高压直流电源总线；所述直流/直流应用电源模组根据LED显示屏上各用电模块所需的工作电压，对所述高压直流电源总线上的电压进行直流-直流电压转换，该直流/直流应用电源模组的输入端连接至所述高压直流电源总线，输出端分别连接至LED显示屏上对应用电模块的电压输入端。
7.根据权利要求6所述的LED显示屏供电系统，其特征在于，所述高频开关整流器包括一个或多个并联的大功率、高直流电压输出的交流/直流电源转换器。
8.根据权利要求6或7所述的LED显示屏供电系统，其特征在于，所述直流/直流应用电源模组包括多个单路输出的直流/直流电源转换器或者至少一个多路输出的直流/直流电源转换器，该直流/直流电源转换器的输入端分别连接至所述高压直流电源总线，输出端分别连接至LED显示屏上对应用电模块的电压输入端。
9.一种LED显示装置，包括LED显示屏和用于为该LED显示屏供电的供电系统，其特征在于，所述供电系统包括高频开关整流器、高压直流电源总线和直流/直流应用电源模组，其中所述高频开关整流器用于将从外部交流电源输入的交流电进行交流-直流整流变换，并将变换得到的高压直流电输出至所述高压直流电源总线；所述直流/直流应用电源模组根据所述LED显示屏上各用电模块所需的工作电压，对所述高压直流电源总线上的电压进行直流-直流电压转换，该直流/直流应用电源模组的输入端连接至所述高压直流电源总线，输出端分别连接至LED显示屏上对应用电模块的电压输入端。
10.根据权利要求9所述的LED显示装置，其特征在于，所述高频开关整流器包括一个或多个并联的大功率、高直流电压输出的交流/直流电源转换器；所述直流/直流应用电源模组包括多个单路输出的直流/直流电源转换器或者至少一个多路输出的直流/直流电源转换器，该直流/直流电源转换器的输入端分别连接至所述高压直流电源总线，输出端分别连接至LED显示屏上对应用电模块的电压输入端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: WANG XIAOYUN Free format text: FORMER OWNER: ENARGY POWER (SHENZHEN) CO., LTD. Effective date: 20110728 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518055 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE TO: 519080 ZHUHAI, GUANGDONG PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20110728 Address after: Xiangzhou District 519080 of Guangdong city of Zhuhai Province Tang Qi Lu No. 9 Sun Bay Garden 41 702 Applicant after: Wang Xiaoyun Address before: The 2 District 518055 Guangdong city of Shenzhen province Nanshan District Xili honghualing Industrial District 8 Building 8 floor Applicant before: Enargy Power (Shenzhen) Co., Ltd. |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100811 |