CN104079165B

CN104079165B - 一种具有抑制电磁干扰的显示屏

Info

Publication number: CN104079165B
Application number: CN201410330421.0A
Authority: CN
Inventors: 梁军; 雍温英; 梁展
Original assignee: Hunan Xinyasheng Au Optronics Co
Current assignee: Hunan Xinyasheng Au Optronics Co
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: CN104079165A

Abstract

本发明公开了一种具有抑制电磁干扰功能的LED显示屏，包括开关电源、信号接收及转接卡，开关电源的输入端和输出端线缆上均套有磁环；多个74HC245三态缓冲门电路中，其中一个以上74HC245三态缓冲门电路的电源管脚接有抗干扰磁珠，其余的74HC245三态缓冲门电路的所有输出管脚均通过电容、磁珠接地，所述其余的74HC245三态缓冲门电路的电源管脚均接有大电流磁珠，大电流磁珠与多个去耦电容并联，多个去耦电容并联，且所有的去耦电容均接地。本发明采用多级抵制结构，成功地解决了高刷新、高灰阶显示屏的EMI难以抑制的问题。

Description

一种具有抑制电磁干扰的显示屏

技术领域

本发明涉及LED应用技术领域,特别是一种具有抑制电磁干扰功能的LED显示屏。

背景技术

LED显示屏的EMI（电磁干扰）通常存在于显示屏的输入电路、内部电源及IC、输出电路三个环节。主要来自于两个方面：辐射和传导；

传导主要来自于LED显示屏外部电网的输入电压，电网中的正弦输入电压所携带的高次谐波可产生很强的电磁干扰，LED显示屏电路经受外界高次谐波的尖峰电压冲击，对外形成EMI；

辐射主要来自于 LED显示屏内部元器件，开关电源进行高低压转换的电路进行电磁转换产生的电磁能向外部辐射。在共模干扰情况下,IC的输出在逻辑高到逻辑低或者逻辑低到逻辑高之间变换时，这些信号电压和信号电流都会使内部产生电场和磁场，对外形成EMI。

高刷新LED显示屏在抵制EMI方面遇到的瓶颈：当LED显示屏提升高刷新频率时，电路也需要传送高速的灰阶时钟，来实现提高画面刷新率的目的，在显示效果得到提升的同时，电路的EMI会明显增强。例如把电路的时钟上升时间由5ns切换成上升时间2.5ns，则电路EMI会提高约4倍；高速的灰阶时钟会给内部IC造成严重的电磁干扰效应，导致数据输出误码率上升，降低信号传输质量，反过来影响LED显示屏的显示质量。严重的甚至会对LED显示屏造成破坏，并对外界电器的使用造成辐射和干扰。

目前行业内LED显示屏的EMI抑制始终难以取得较好的效果，主要在于内部电源及PCB板上的IC共模辐射及串扰的滤除难度较大，差分放大电路的共模抑制比难以提升，这是最难以攻克的关键难题。因为单级的EMI抑制方法只能滤除外部高频干扰，内部的元器件距离近、分布密集，电路设计时IC的排版和分布也受到限制，另外增设EMI抑制电路，也会导致结构较为复杂、体积较大且成本高，因此对电源及IC间的相互串扰很难抑制。

行业内常规的EMI抑制方法如下：

将电路封闭在一个金属盒体中以屏蔽EMI辐射，或者在系统的I/O端口上采取滤波和辐射衰减技术来实现EMI控制，实现电路的电场和磁场的屏蔽；或者在PCB板上采取适当的设计分区技术,严格控制PCB走线和电路板层的电容和电感的分布(自屏蔽)，以改善EMI性能。

其中,在输入端电路设置磁珠用于抑制外部输入的高次谐波对电路的影响，这是采用的源头拦截法；对于显示屏输出及辐射的抑制，通常是在输出端增加滤波电路或屏蔽罩以降低电路对外界的EMI；其中，最难以克服的是内部电场的共摸干扰。内部共模干扰主要由开关电源引起，其次是IC间的相互影响；电源的AC-DC部分在将交流转换成直流的过程中，受浪涌电流的影响，引发输入电流失真，如图1所示，在电流高低电平各会产生峰值电流(导通角θ)；峰值电流的存在会产生电场,内部电场控制不佳将会导致磁场的抑制效果不佳。开关电源在电压转换及IC的高低电平跳变时,均可产生电磁干扰，而这些元器件被密封于同一个显示单元，且距离很近，相位也大多是相同的，如果电流同返回路径之间耦合不佳，势必加大回路上的电感，从而增强了磁场，最终导致EMI增加。为了有效地控制EMI，不仅要重视电源的电流输出，同时也要关注IC芯片自身的电容和电感。

在输入或输出端增加滤波电容以屏蔽高次谐波，或采用金属屏蔽材料壳罩，其效果仅适用于较低的频率条件下，金属屏蔽材料在近磁场环境下仅适用于吸收<10dB的低频辐射，且可能因密封性差会有漏磁现象，因此屏蔽罩的吸收率不高，对于高刷新、高灰阶的显示屏EMI抑制效果并不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种具有抑制电磁干扰功能的高刷新LED显示屏。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种具有抑制电磁干扰功能的LED显示屏，包括开关电源、信号接收及转接卡，所述开关电源、信号接收及转接卡输出端均通过单排针座与多个74HC245三态缓冲门电路连接，所述多个74HC245三态缓冲门电路均与恒流驱动电路、译码器连接，所述恒流驱动电路与LED灯珠连接，所述译码器与行扫描驱动电路连接；所述开关电源的输入端和输出端线缆上均套有磁环；所述多个74HC245三态缓冲门电路中，其中一个以上74HC245三态缓冲门电路的电源管脚接有抗干扰磁珠，其余的74HC245三态缓冲门电路的所有输出管脚均通过电容、磁珠接地，所述其余的74HC245三态缓冲门电路的电源管脚均接有大电流磁珠，所述大电流磁珠与多个去耦电容并联，所述多个去耦电容并联，且所有的去耦电容均接地。

所述开关电源设置在密封屏蔽罩内，可进一步抑制EMI。

所述开关电源输出端接有滤波电容，用于吸收纹波电压，以降低输入端电压的高次谐波对二次端的影响，保证二次电路的直流VCC输入恒定。

所述多个74HC245三态缓冲门电路、滤波电容、去耦电容的所有接地端接到公共接地点上，LED显示屏主体的边框内侧、四周侧壁表面均固定有金属导电层，所述金属导电层与所述公共接地点连接，公共接地采用金属层接地方式，阻抗最小，达到最优的接地效果。

每个74HC245三态缓冲门电路均与差分放大电路连接；所述差分放大电路包括与74HC245三态缓冲门电路负输入端连接的第一可调电阻连接和与所述74HC245三态缓冲门电路正输入端连接的第一电阻；所述第一电阻与所述74HC245三态缓冲门电路正输入端之间并联有第二可调电阻；所述74HC245三态缓冲门电路输出端与第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端并联接入所述第一可调电阻与所述74HC245三态缓冲门电路负输入端之间；通过调节两个可调电阻，可有效的提升共模抑制比，从而达到很好的共模抑制效果。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明采用多级抵制结构，成功地解决了高刷新、高灰阶显示屏的EMI难以抑制的问题。

附图说明

图1为内部共模干扰引发输入电流失真示意图；

图2为LED显示屏电源电路结构框图；

图3为LED显示屏数字传输电路结构框图；

图4为本发明一实施例74HC245的电源管脚外接片式磁珠电路图；

图5为本发明一实施例74HC245的输出端接电容后串磁珠电路图；

图6为本发明一实施例74HC245的电源管脚接大电流磁珠和并联去耦电容后的电路图；

图7为磁珠等效电路；

图8为本发明LED显示屏示意图；

图9为电源的输出电路并接滤波电容原理图；

图10为74HC245放大器结构原理图。

具体实施方式

如图2和图3所示，LED显示屏包括开关电源、信号接收及转接卡，所述开关电源、信号接收及转接卡输出端均通过单排针座与多个74HC245三态缓冲门电路连接，所述多个74HC245三态缓冲门电路均与恒流驱动电路、译码器连接，所述恒流驱动电路与LED灯珠连接，所述译码器与行扫描驱动电路连接。

为了过滤高次谐波，开关电源的输入端和输出端线缆上均套有磁环。

本发明一共包括四个74HC245三态缓冲门电路。其中两个74HC245三态缓冲门电路的电源管脚VDD接有抗干扰片式磁珠L1（如图4所示），另外两个74HC245三态缓冲门电路的所有输出管脚均通过68pF电容C1、300欧姆片式磁珠L2接地（如图5所示），并且该另外两个74HC245三态缓冲门电路的电源管脚均接有300欧姆大电流磁珠L3，所述大电流磁珠与三个容值分别为1uF、0.1uF和1nF的去耦电容并联，且三个去耦电容均接地（如图6所示）。

磁珠实际上是一个圆柱形磁铁，将其套在管脚上，可产生电磁转化效应，相当于在电路中并入电感和电容，磁珠的原理如图7所示。片式磁珠是一种抗干扰元件，可起过滤作用，用以消除存在于传输线结构(PCB电路)中的RF数据(RF是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分)。

去耦电容可以降低电源高频噪声。

本发明LED显示屏主体2的边框内侧、四周侧壁表面均固定有金属导电层1，公共接地点P与金属导电层1连接，减小共地阻抗，达到最优的接地效果。

本电路中采用多道EMI抑制技术，第一道是在输入端电缆增加滤波磁环，第二道是在电源的输出电路并接滤波电容（如图9所示），通过电桥输出和并接滤波电容的方法，可抑制因电压纹波引起的峰值跳变电流；第三道是在显示屏的输出端，设置公共接地层并与外壳相连以抑制共模干扰，第四道是在PCB板的差分放大器输出端设置EMI抑制电路，并将IC的输出脚设置滤波电路以防止上一级对下一级电路造成干扰,所述的PCB板为四层板，第三层为公共接地层，公共接地层与外壳及接地导线连接，这四道EMI抑制电路，可以很好地抑制共模干扰，滤除电路中的高次谐波及同相的干扰电流，同时把开关电源高低电平切换时产生的电磁辐射削减到最低限度，使电磁辐射量不至于对本机设备和外界造成影响。

在线缆输入处及IC的输出脚增设磁珠，相当于在电路中增设共模扼流圈,磁珠相当于电阻和电感串联，可起到双向滤波的作用,它在高频时呈现阻性，比普通的电感有更好的高频滤波特性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。

在磁场作用下磁珠可有效增大电路的阻抗和插入损耗，对干扰具有极好的抑制作用。一方面可滤除输入的共模电磁干扰信号，另一方面又可抑制IC本身不向外发出电磁干扰，避免影响下一级IC接收的数据；保证同一电磁环境下其他电子元器件的正常工作。假设未接入滤波电路的电源输出功率是P1（输出电流I₁）,接入滤波电路的电源输出功率是P2(输出电流I₂),则插入损耗IL=10LOG（P1／P2），假设负载R值恒定，则IL=10 LOG[（I₁ ²R）÷（I₂ ²R）],由此可知，当插入损耗IL越大时，峰值电流I对电路的影响就越小，可抑制纹波电压产生的峰值电流。

在电源输出端并接滤波电容，主要作为平滑的直流输出储能，可有效降低交流脉动波纹系数、不仅使电源直流输出平稳，降低交变脉动波纹对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电子电路的工作性能更加稳定。

为了提高电路的共模抑制效果，在差分放大器电路的设计上，常用共模抑制比作为EMI抑制的主要技术指标，共模抑制比是差模信号与对共模信号放大倍数之比，用K_CMR表示，它决定差动放大电路的共模信号抑制能力；当差模信号的电压放大倍数Ad越大，共模信号电压放大倍数Ac越小时，K_CMR就越大。因此差分放大电路抑制共模信号的能力就越强。

内部74HC245就采用了对称的差分放大电路结构，以提升共模抑制比。其结构原理图如图10所示。

根据图10，可由公式计算出共模抑制比:

对共模信号:V_I1=V_I2=V_CM 由上式得

当电路对称时，即：R₁=R₃ R₂=R₄ ；

则 A_C=0

对差模信号： V_I1=-V_I2=1/2 V_I

∴

当R₁=R₃ , R₂=R₄ 时，

故理论上的共模抑制比可以达到：

通过可调电阻调节R1和R4，可有效的提升共模抑制比，从而达到很好的共模抑制效果，进一步抑制EMI。

Claims

1.一种具有抑制电磁干扰功能的LED显示屏，包括开关电源、信号接收及转接卡，所述开关电源、信号接收及转接卡输出端均通过单排针座与多个74HC245三态缓冲门电路连接，所述多个74HC245三态缓冲门电路均与恒流驱动电路、译码器连接，所述恒流驱动电路与LED灯珠连接，所述译码器与行扫描驱动电路连接；其特征在于，所述LED显示屏包括四道EMI抑制结构：第一道EMI抑制结构为所述开关电源的输入端线缆上套有磁环；第二道EMI抑制结构为所述开关电源的输出端线缆上套有磁环及滤波电容；第三道EMI抑制结构为所述多个74HC245三态缓冲门电路中，其中一个以上74HC245三态缓冲门电路的电源管脚接有抗干扰磁珠，其余的74HC245三态缓冲门电路的所有输出管脚均通过电容、磁珠接地，所述其余的74HC245三态缓冲门电路的电源管脚均接有大电流磁珠，所述大电流磁珠与多个去耦电容串联，所述多个去耦电容并联，且所有的去耦电容均接地；第四道EMI抑制结构为所述多个74HC245三态缓冲门电路、滤波电容、去耦电容的所有接地端均接到公共接地点上，且LED显示屏主体的边框内侧、四周侧壁表面均固定有金属导电层，所述金属导电层与所述公共接地点连接。

2.根据权利要求1所述的具有抑制电磁干扰功能的LED显示屏，其特征在于，所述开关电源设置在密封屏蔽罩内。

3.根据权利要求1所述的具有抑制电磁干扰功能的LED显示屏，其特征在于，每个74HC245三态缓冲门电路均与差分放大电路连接；所述差分放大电路包括与74HC245三态缓冲门电路负输入端连接的第一可调电阻连接和与所述74HC245三态缓冲门电路正输入端连接的第一电阻；所述第一电阻与所述74HC245三态缓冲门电路正输入端之间并联有第二可调电阻；所述74HC245三态缓冲门电路输出端与第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端并联接入所述第一可调电阻与所述74HC245三态缓冲门电路负输入端之间。