CN102110408A - 节能发光二极管显示板系统 - Google Patents

Abstract

一种节能LED(发光二极管)显示板系统中，每个像素通过组合至少一个红色LED、至少一个蓝色LED和至少一个绿色LED形成。所述节能LED显示板系统包括功率转换器、红色LED电源、绿色LED电源、蓝色LED电源以及DSP(数字信号处理器)，所述DSP用于控制所述红色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述红色LED运行功率，控制所述绿色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述绿色LED运行功率，控制所述蓝色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述蓝色LED运行功率。

Description

节能发光二极管显示板系统

技术领域

本发明涉及一种节能LED(发光二极管)显示板系统；而且，更具体地，涉及一种减少用于LED光发射的能量使用量以提高能量效率，简化其中的电线线路，便于LED上的白平衡调整以及提供LED平稳的光发射的节能LED显示板系统。

背景技术

近来，使用LED的显示板(下文称为“LED显示板”)广泛地用于各种信息传递媒介，如广告板、公共信息板和简报板，因为他们与传统显示板的区别特征在于其上可显示时变特征与图形。进一步地，既然LED显示板可以实时地显示信息，作为工业现场报道或新闻的实时信息的信息传递媒介，他们受到公众的瞩目。

在LED显示板中，组合红色、绿色和蓝色LED以形成像素而且调整每个像素的白平衡从而自然地表示颜色。

一般地，对于白平衡调整，组合具有相对较低色密度的两个红色LED与具有相对较高色密度的绿色和蓝色LED以形成一个像素。

进一步地，多个像素，如256个像素，形成一个LED模块，而且一个电源同时向多个LED模块供电。根据屏幕的尺寸通过延伸上述构造来构造LED显示板系统。

也即是说，如图1所示，多个LED模块30接收来自电源20的电能，以及，在扩大显示板尺寸的情况下，增加均具有电源20和多个LED模块30的单元。电源20连接于共用电源10以从此处接收AC(交流)电。

进一步地，如上述以及图2所示，每个像素具有四个LED，包括两个红色LED、一个绿色LED和一个蓝色LED。所述四个LED一般从如图1中的电源20的电源中接收3.5V的电能。

因此，分压电阻R连接于每个具有相对较低色密度的红色LED的输入终端，从而3.5V的电压降低到1.5V的电压，然后提供给该红色LED。

然而，如图1所示，由于不仅从每个电源20向LED模块30供电的电线线路很复杂，而且需要每个电源20向LED模块30提供大量电流，上述现有技术存在因电线自身的电阻而使能量损耗增加的缺陷。

而且，如图2所示，因通过单个电源20向不同颜色的所有LED供给同样的运行功率，而且分压电阻R用于具有相对较低色密度的红色LED，在能量消耗过程中在分压电阻R上产生能量损失且产生大量的热。

发明内容

因此，鉴于上述原因，本发明提供了一种减少LED发射所用的能量以提高能量效率、简化其中的电线线路、便于LED的白平衡调整以及使LED的光发射稳定的节能LED显示板系统。

依据本发明的一方面，提供了一种节能LED(发光二极管)显示板系统，其中每个像素通过组合至少一个红色LED、至少一个蓝色LED和至少一个绿色LED形成，所述节能LED显示板系统包括：

功率转换器(power converter)，用于从外界接收电功率以转换所述电功率；

红色LED电源(power supply)，用于从所述功率转换器接收所转换的电功率以向所述红色LED供给红色LED运行功率(operationpower)；

绿色LED电源，用于从所述功率转换器接收所转换的电功率以向所述绿色LED供给绿色LED运行功率；

蓝色LED电源，用于从所述功率转换器接收所转换的电功率以向所述蓝色LED供给蓝色LED运行功率；以及

DSP(数字信号处理器)，用于控制所述红色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述红色LED运行功率，控制所述绿色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述绿色LED运行功率，以及控制所述蓝色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述蓝色LED运行功率。

优选地，所述红色LED电源、所述绿色LED电源、所述蓝色LED电源中的每一个均包括用于向相应的LED供给DC(直流)电的整流电路。所述整流电路可以具有频率和脉冲宽度受到所述DSP控制的整流晶体管，并且在导电时，低于二极管导通电压的电压施加于所述整流晶体管。

优选地，所述电源转换器包括AC/DC(交流/直流)转换器，用于从外界接收AC(交流)电以将所述AC电转换成DC电；DC开关，用于从所述AC/DC转换器接收所述DC电以将所述DC电转换成另一AC电；以及变压器，用于从所述DC开关接收所述另一AC电以转换成所述另一AC电。当将所述AC电转换成所述DC电时，所述AC/DC转换器将所述DC电的幅值转换成适当的幅值作为所述变压器初级侧的输入；而且所述DC开关可以向所述变压器的初级侧输出所述另一AC电。

优选地，所述DSP具有功率因子控制功能以控制所述AC/DC转换器。

优选地，所述DSP具有脉冲宽度开关调制功能以控制所述DC开关。

优选地，所述DSP包括用于执行与外界通信的电源线通信单元。

优选地，所述DSP具有白平衡功能以通过基于环境的色温控制所述LED的驱动(driving)来调整所述红色LED、所述绿色LED、所述蓝色LED的白平衡，所述色温通过所述电源线通信单元接收。

优选地，所述红色LED电源、所述绿色LED电源、所述蓝色LED电源中的每一个的输出终端均设有反馈功率稳定过滤器，所述功率稳定过滤器的输出终端连接于所述DSP的输入终端。所述DSP可以观测所述红色LED电源、所述绿色LED电源和所述蓝色LED电源的输出功率，以控制所述红色LED电源、所述绿色LED电源和所述蓝色LED电源，所述输出功率通过所述功率稳定过滤器接收。

根据本发明的节能LED显示板系统，降低了用于LED发光的能量消耗，提高了能量效率，并可以简化其中的电线线路。进一步地，便于LED的白平衡调整，并可实现LED的稳定发光。

附图说明

结合附图，本发明的上述目的在下述具体实施方式的描述中将变得更加明显，其中：

图1例示了传统LED光发射系统；

图2例示了图1的传统LED光发射系统中一个像素的构造图；

图3例示了根据本发明的一个实施方式的节能LED显示板系统；

图4例示了图3的节能LED显示板系统的详图；

图5例示了图4的节能LED显示板系统的一个像素的构造图；

图6例示了图4的节能LED显示板系统中的LED电源；

图7例示了图4的节能LED显示板系统中LED模块连接；以及

图8例示了图4的节能LED显示板系统中的电源线调制解调器界面。

具体实施方式

下文，将参考形成为其一部分的附图详细地描述本发明的实施方式。

图3例示了根据本发明的实施方式的节能LED显示板系统。

如图3所示，节能LED显示板系统100集成了电源模块和LED模块，并且通过DSP(数字信号处理器)控制所集成的模块，这简化了系统的电线线路。参见图1中的传统LED光发射系统，其具有复杂的电线线路，因为电源20和多个LED模块30连接以形成一个单元并且该LED模块30通过向系统增加所形成的单元来扩展。

图4是图3的节能LED显示板系统的详图。

如图4所示，节能LED显示板系统包括公用电源(disource)110，用于通过保险丝F供应110V或220V的AC电；功率转换器120，用于接收来自公用电源110的AC电以将所述AC电转换成供给LED的功率；红色LED电源130，用于从功率转换器120接收经过转换的功率以将红色LED运行功率供给至少一个红色LED RED_LED；绿色LED电源140，用于从功率转换器120接收经过整流的功率以将绿色LED运行功率供给至少一个绿色LED GREEN_LED；蓝色LED电源150，用于从功率转换器120接收经过整流的功率以将蓝色LED运行功率供给至少一个蓝色LED BULE_LED；DSP(数字信号处理器)170，用于控制LED电源130至150；以及LED阵列190，LED阵列190是一个像素阵列，每个像素具有例如两个从红色LED电源130接收红色LED运行功率的红色LED RED_LED，一个从绿色LED电源140接收绿色LED运行功率的绿色LED GREEN_LED以及一个从蓝色LED电源150接收蓝色LED运行功率的蓝色LED BULE_LED。

由于红色LED、绿色LED和蓝色LED具有不同的最佳运行功率，以及红色LED电源130、绿色LED电源140和蓝色LED电源150分别向红色LED、绿色LED和蓝色LED供给红色LED运行功率、绿色LED运行功率和蓝色LED运行功率，可以减少能量消耗。

DSP 170基于环境的色温控制红色LED电源130、绿色LED电源140和蓝色LED电源150的电力供应以调整白平衡，因而得到平稳的白平衡调整并减少能量消耗。

节能LED显示板系统100进一步包括配置在LED电源130至150的输出终端与DSP170的输入终端之间的反馈功率稳定过滤器160，并且该DSP170反馈LED电源130至150的输出功率并观测其输出功率状态。因此，向LED供应稳定的最佳电能。

节能LED显示板系统100进一步包括软件实施和软件控制的电源线通信单元(未示出)以及用于通过电源线通信单元执行数据输入和输出的电源线模型界面170a，从而实现与外界进行通信。

具体而言，供应110V或者220VAC电的公用电源110从外界接收功率并供应功率作为节能LED显示板系统100的激励功率，并且在必要时，还包括断路器，如保险丝F。

公用电源110可以换成蓄电池。在使用蓄电池作为公用电源110的情况下，可以改变功率转换器120的构造。然而，既然这种改变对本领域技术人员而言是明显的，这里将省略对其进行详细描述。

功率转换器120从公用电源110接收60HZ的AC电，并转换成供应LED的功率。功率转换器120包括用于从外界接收公用AC电以将AC电转换成DC电的AC/DC(交流/直流)转换器121；用于从AC/DC转换器121接收DC电以将DC电转换成另一AC电的DC开关122；以及用于从DC开关122接收所述另一AC电以转换成另一AC电的变压器123。在这里，当将AC电转换成DC电，AC/DC转换器121将DC电的幅值转换成适当的幅值作为变压器123的初级侧的输入。进一步地，DC开关122向变压器123的初级侧输出所述另一AC电。

在这里，AC/DC转换器121将从公用电源110接收的110V或者220V的AC电转换成具有例如400V的幅值的DC电，其适合作为变压器123的初级侧的输入。

该功率转换受到DSP170的控制，并且为此，DSP170具有PFC(功率因数控制)功能以控制该AC/DC转换器121。

因此，节能LED显示板系统100的变压器123可利用商用变压器且不需改变地实现，不管公用AC电是否是110V或220V，DSP170可以是软件控制公用AC电以向变压器123供给使变压器123具有最大效率的输入功率。

DC开关122将从AC/DC转换器121接收的DC电转换成适合用作变压器123初级侧的输入的AC电。DC开关122中具有诸如FET(场效应晶体管)的开关晶体管(未示出)，并通过与特定频率同步的开关晶体管的开和关产生AC电。

这种开关也受到DSP170的控制，并且为此，DSP170具有PWM(脉冲宽度调制)功能以控制DC开关122。

因此，DSP可灵活地将变压器123的输入功率软件控制成使变压器123具有最大效率的功率。

如已经公知的，变压器123由用作输入侧的初级侧线圈和用作输出侧的二次侧线圈形成。变压器123的初级侧连接于DC开关122的输出终端，而且变压器123的二次侧连接于LED电源130至150。

红色LED电源130、绿色LED电源140和蓝色LED电源150分别向具有不同运行功率的红色LED RED_LED、绿色LED GREEN_LED和蓝色LED BLUE_LED供给运行功率。

考虑到LED间的色密度不同，一个像素由两个红色LED，一个绿色LED和一个蓝色LED形成。具有相对较低色密度的红色LED在1.5V的运行功率下发光，而绿色和蓝色LED在3.8V的运行功率下发光。

图5例示了图4的节能LED显示板系统的像素的构造图。

为了向每个LED供应独有的运行功率，如图5所示，节能LED显示板系统100包括用于向红色LED供应红色LED运行功率的红色LED电源130、用于向绿色LED供应绿色LED运行功率的绿色LED电源140、用于向蓝色LED供应蓝色LED运行功率的蓝色LED电源150。

因此，可以防止在传统LED光发射系统中，当向红色LED供给易受通过分压电阻R而产生压降影响的输入功率时产生的能量浪费(见图2)。

在传统LED光发射系统中，所有LED由电源20供给相同的运行功率(见图1)。这样，如果一个像素由包括两个红色LED、一个绿色LED和一个蓝色LED的四个LED形成，并且256个像素形成一个模块，总能耗为：

3.8V×0.02A×256×4＝77.82W，

其中，等同于电流为0.02A、电压为3.8V时的电能施加给LED。

然而，在节能LED显示板系统100中，由于1.5V的电能施加于两个红色LED，3.8V的电能施加于绿色和蓝色LED，总能耗变成：

(1.5V×0.02A×256×2)+(3.8V×0.02A×256×2)＝46.58W，这表明与传统LED光发射系统相比，节能LED显示板系统100具有节能约40％的效果。

同时，为了向红色LED、绿色LED和蓝色LED提供独有的运行功率，红色LED电源130、绿色LED电源140和蓝色LED电源150受到DSP170的控制，并在DSP170的控制下，将功率转换器120输出的功率转换成各自的独有运行功率。

在DSP170以脉冲宽度调制的方式控制红色LED电源130、绿色LED电源140和蓝色LED电源150的情况下，红色LED电源130受控成具有相对较窄的转换脉冲宽度，而绿色LED电源140和蓝色LED电源150被控制成具有相对较宽的转换脉冲宽度。这样，1.5V的电压施加于红色LED，而3.8V的电压施加于绿色和蓝色LED。

图6例示了图4的节能LED显示板系统的红色LED电源。

如图6所示，为了将变压器123的二次侧的AC电转换成DC电，并将所转换的DC电供给LED，每个LED电源130至150包括整流电路131、开关电路132和平滑电路C1、C2和L。

整流电路131和开关电路132分别由通过DSP170开关控制的整流晶体管FET-A和开关晶体管FET-B形成。晶体管FET-A和FET-B通过DSP170产生的两个脉冲宽度信号PWM A和PWM B而受到控制，脉冲宽度信号PWM A和PWM B彼此同步。

通过脉冲宽度信号PWM A和PWM B同时开关整流晶体管FET-A和开关晶体管FET-B，运行功率以SMPS(开关模式电源)的方式供给LED。同时，运行功率通过平滑电路C1、C2和L转换成DC电。

为节能，由整流晶体管FET-A替代传统整流二极管，整流晶体FET-A的一个实例可以是整流FET。

由于整流晶体管FET的导通电压是0.3V，而以前整流二极管的导通电压是0.7V，电能损失可以减少至一半或更低。与使用四个整流二极管的整流电路相比，整流FET可以显示出更显著的降低的功率损失。

选择整流晶体管FET-A作为整流电路131的原因是整流晶体管FET-A的导通电压低于整流二极管的导通电压。这样，具有低于整流二极管的导通电压的其它晶体管可以用作整流电路131。

返回参考图4，反馈功率稳定过滤器160将LED电源130至150的输出信息反馈给DSP170。通过使用反馈输出信息，DSP170观测LED电源130至150的功率供应状态。反馈功率稳定过滤器160配置在LED电源130至150的输出终端与DSP170的输入终端之间。

功率稳定过滤器160接收LED电源130至150的输出功率，抵消噪声并取消不必要的功率，然后将输出信息反馈给DSP170。这样，DSP170能对LED电源130至150的输出功率执行复杂的、连续的PID(比例-积分-导数)控制。

如上所述，为了控制节能LED显示板系统100的整体运行，包括功率转换器120和LED电源130至150的运行，DSP170具有PFC功能以控制AC/DC转换器121，PWM功能以控制DC开关122和PID功能以控制LED电源130至150。

进一步地，既然DSP170中具有软件实现电源线通信单元(未示出)，DSP170能与诸如主机PC(个人计算机)的外部进行通信。此外，既然电源线调制界面170a对应于电源线通信单元的通信界面，设置在公用电源110和DSP170之间，DSP170可通过电源线执行数据通信。

图7例示了图4的节能LED显示板系统的LED模块的连接。

如图7所示，DSP170可以通过与多个LED模块通信在大显示屏上显示图像数据，每个LED模块分配了唯一的电源线通信ID(标志)。

图8例示了图4的节能LED显示板系统中电源线调制解调界面。

如图8所示，电源线调制解调界面170a包括发射侧电路Tx和接收侧电路Rx。发射侧电路Tx通过使用DSP170的PWM功能执行发射，而接收侧电路Rx使用如ADC(模数转换器)电路。既然电源线调制解调界面170a是公知的，这里省略对其进行详细描述。

由于DSP170设有电源线调制解调界面170a，DSP170可以与主机PC、用于检测周围色温的传感器等通信。DSP170还具有白平衡调整功能。

DSP170通过电源线调制解调界面170a从传感器得到色温，并可以基于环境的色温调整白平衡。因此，节能LED显示板系统100可以节约能量，例如可以在夜间降低LED的亮度。

也就是说，环境的色温通过电源线调制解调界面170a供给DSP170a，并基于此，DSP170改变LED电源130至150的各自的运行功率从而调整每个像素的白平衡，即所指的“白平衡调整功能”。

调整白平衡可通过改变脉冲的负荷比(duty ratio)以控制LED电源130至150并基于所改变的负荷比改变LED电源130至150输出功率的幅值来实现。

因此，由于主机PC，例如不管是在白平衡调整前还是调整后连续地提供待显示的图像数据并且白平衡调整通过DSP170独立地执行，可以实现精确、快速地调整白平衡。

传统地，原始图像数据通过主机PC转换以将白平衡值反映给图像数据，然后提供给图形板，从而执行白平衡调整。这样，存在如下缺陷，即，在转换过程可能发生数据丢失或者为提供转换模块而使产品价格上涨。

由于上述原因，许多传统LED显示系统不能执行白平衡调整，这意味着该系统不能在夜间或昏暗的天气中降低LED的亮度，并导致很差的节能效果。然而，节能LED显示板系统100通过基于环境而进行白平衡调整来适应性地调整LED的亮度，从而显示了很强的节能效果。

而且，对本领域技术人员很明显的是，如果不考虑图像数据丢失，可以通过主机PC来执行节能LED显示板系统100的白平衡调整。

返回参照图4，节能LED显示板系统100可进一步包括LED激励器180。LED激励器180控制布置在栅格中的像素的激励。LED激励器180从多个像素中选择用于显示从主机PC接收的图像的像素，然后仅使所选择的像素发光。

也就是说，LED激励器180根据从主机PC接收的图像数据，控制其中的开关晶体管的开和关，以从LED电源130至150向多个像素供给运行电能或者限制向多个像素供应电能。在LED激励器180的控制下，像素选择性地发光，从而根据像素的这种选择性发光，可以显示图像。

虽然本发明已经就具体实施方案进行了展示与描述，但可以理解，本领域的技术人员在没有脱离本发明所附权利要求所公开的范围和精神的情况下，可以进行各种修改和变型。

Claims (8)

1.一种节能LED(发光二极管)显示板系统，其中每个像素通过组合至少一个红色LED、至少一个蓝色LED和至少一个绿色LED形成，所述节能LED显示板系统包括：

功率转换器，用于从外界接收电功率以转换所述电功率；

红色LED电源，用于从所述功率转换器接收所转换的电功率以向所述红色LED供给红色LED运行功率；

绿色LED电源，用于从所述功率转换器接收所转换的电功率以向所述绿色LED供给绿色LED运行功率；

蓝色LED电源，用于从所述功率转换器接收所转换的电功率以向所述蓝色LED供给蓝色LED运行功率；以及

DSP(数字信号处理器)，用于控制所述红色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述红色LED运行功率，控制所述绿色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述绿色LED运行功率，并控制所述蓝色LED电源以将所述功率转换器供给的电功率转换成所述蓝色LED运行功率。

2.如权利要求1所述的节能LED显示板系统，其中，所述红色LED电源、所述绿色LED电源和所述蓝色LED电源中的每一个均包括用于向相应的LED供给DC(直流)电的整流电路；

其中，所述整流电路具有频率和脉冲宽度受到所述DSP控制的整流晶体管；以及

其中，当导电时，低于二极管的导通电压的电压施加于所述整流晶体管。

3.如权利要求1所述的节能LED显示板系统，其中，所述功率转换器包括：

AC/DC(交流/直流)转换器，用于从外界接收AC(交流)电以将所述AC电转换成DC电；

DC开关，用于从所述AC/DC转换器接收所述DC电以将所述DC电转换成另一AC电；以及

变压器，用于从所述DC开关接收所述另一AC电以转换所述另一AC电；

其中，当将所述AC电转换成所述DC电时，所述AC/DC转换器将所述DC电的幅值转换成适当的幅值作为所述变压器初级侧的输入；以及

其中，所述DC开关向所述变压器的初级侧输出所述另一AC电。

4.如权利要求3所述的节能LED显示板系统，其中，所述DSP具有功率因子控制功能以控制所述AC/DC转换器。

5.如权利要求4所述的节能LED显示板系统，其中，所述DSP具有脉冲宽度开关调制功能以控制所述DC开关。

6.如权利要求1所述的节能LED显示板系统，其中，所述DSP包括用于执行与外界通信的电源线通信单元。

7.如权利要求6所述的节能LED显示板系统，其中，所述DSP具有白平衡功能以通过基于环境的色温控制所述LED的驱动来调整所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED的白平衡，所述色温通过所述电源线通信单元接收。

8.如权利要求1所述的节能LED显示板系统，其中，所述红色LED电源、所述绿色LED电源和所述蓝色LED电源中的每一个的输出终端均设有反馈功率稳定过滤器，且所述功率稳定过滤器的输出终端连接于所述DSP的输入终端；以及

其中，所述DSP观测所述红色LED电源、所述绿色LED电源和所述蓝色LED电源的输出功率，以控制所述红色LED电源、所述绿色LED电源和所述蓝色LED电源，所述输出功率通过所述功率稳定过滤器接收。

Images