به نام خدا

 بررسی جریان ال ای دی در نمایشگرهای شهری

در این مقاله به بررسی جریان مصرفی ال ای دی های بکار رفته در نمایشگر های شهری می پردازیم.

 ولتاژ فوروارد هر LED بسته به رنگ آن  بین 1.8 ولت تا 3.3 ولت می باشد. برای LED قرمز ولتاژ فوروارد در حدود 1.8 ولت می باشد و برای LED آبی این ولتاژ بین 3  تا 3.3  ولت می باشد.

جریان مجاز استاندارد هر LED بنا به اظهار اکثر سازنده ها در حدود 20 میلی آمپر می باشد. شکل زیر منحنی مشخصه ولتاژ-جریان را برای هفت رنگ مختلف ال ای دی نشان می دهد. 

همانطور که از شکل فوق ملاحظه می شود برای جریان ثابت 20 میلی آمپر، ال ای دی قرمز کمترین ولتاژ را دارد و پس از آن به ترتیب LED سبز ، آبی قرار دارند و در نهایت LED سفید بیشترین ولتاژ را دارا می باشد.

از مطالب فوق چنین استنباط می گردد که اگر بخواهیم LED در شرایط استاندارد بایاس شود، جریان عبوری از آن نباید از 20 میلی آمپر متجاوز شود.

اکنون اجازه دهید با توجه به مطالب بالا به بررسی ماژول های LED بپردازیم.

ماژول های نمایشگرهای LED  به دو صورت کلی ساخته می شوند:

1-     ماژول های جریان ثابت

2-     ماژول های ولتاژ ثابت

ماژول های ولتاژ ثابت از یک شیفت رجیستر ساده با 8 خروجی برای بایاس LED  استفاده می کنند که هیچ کنترلی بر روی جریان عبوری از هر LED  ندارند. این ماژول ها به دلیل قیمت پایین آی سی های شیفت رجیستر 74H595 در موارد تک رنگ مورد استفاده قرار می گیرند.

دلیل اینکه توصیه می شود برای نمایشگر های تک رنگ ( و به خصوص نمایشگر تک رنگ قرمز) ولتاژ منبع تغذیه ( پاور های سوییچینگ) روی 4.2 تا 4.5 ولت تنظیم شود هم در واقع همین نکته است که چون ماژول های تک رنگ از آی سی های ولتاژ استفاده می کنند در نتیجه هیچ کنترلی روی جریان عبوری از LED ها وجود ندارد و در نتیجه هر چقدر که ولتاژ منبع تغذیه ماژول افزایش پیدا کند به همان نسبت هم جریان عبوری از LED ها افزایش پیدا می کند و در نتیجه جریان عبوری از LED از میزان جریان مجاز فراتر رفته و طول عمر LED کاهش می یابد.

در انواع ماژول های فول کالر از آی سی های کنترل کننده جریان استفاده می شود که معروف ترین آنها آی سی های MBI می باشند. این آی سی ها میزان جریان عبوری از هر LED را کنترل کرده و اجازه عبور جریان غیر مجاز از LED را نمی دهند.

هر آی سی جریان ثابت عموما 16 خروجی دارد.

این آی سی ها نسبت به آی سی های ولتاژ ثابت قیمت بالایی دارند و لذا استفاده از آن ها در ماژول های تک رنگ توجیه اقتصادی ندارد و به همین دلیل هست که از آن ها عموما در نمایشگر های تمام رنگی استفاده می شود.

در ماژول هایی که از آی سی های جریان ثابت استفاده می کنند، افزایش ولتاژ تاثیری بر جریان عبوری از ال ای دی نداشته و در نتیجه طول عمر این ماژول ها به مراتب بیشتر از طول عمر ماژول های ولتاژ ثابت می باشد. لذا تغذیه این ماژول ها با ولتاژ 5 ولت هیچ گونه مشکلی برای جریان عبوری از LED ها ایجاد نخواهد کرد.

ممکن است این سوال به ذهنتان خطور کرده باشد که در صورتی که جریان عبوری از هر LED  از میزان مجاز 20 میلی آمپر تجاوز کند، چه خواهد شد؟

برای پاسخ به این سوال اجازه دهید یک آزمایش عملی انجام دهیم.

در این آزمایش با استفاده از یک منبع جریان ، جریان های مختلفی را از یک LED عبور می دهیم و به مشاهده نتیجه می پردازیم.

ساده ترین منبع جریان که دقت بالایی هم دارد خیلی ساده از دوقطعه تشکیل شده است:

1-     آی سی رگولاتور LM317

2-     یک مقاومت

شکل زیر یک مدار جریان ثابت با استفاده از دو قطعه فوق را نمایش می دهد:

همانطور که از شکل مشاهده می شود جریان خروجی یک مقدار ثابت می باشد و میزان آن از تقسیم عدد 1.25 بر مقدار مقاومت محاسبه می شود.

اکنون اجازه دهید به آزمایش بپردازیم:

در هر یک از آزمایش های زیر دو  LED در کنار یکدیگر با دو جریان متفاوت بایاس شده اند.

LED سمت راست در تمام این آزمایش ها با جریان ثابت بیست میلی آمپر بایاس شده است و LED  سمت چپ با جریان های متفاوتی بایاس شده است تا بتوان میزان نور آن را در برابر LED سمت راست  که جریان آن 20 میلی آمپر استاندارد هست را مقایسه نمود.

در شکل زیر LED  سمت راست با جریان استاندارد 20 میلی آمپر و LED سمت چپ با جریان 32 میلی آمپر بایاس شده است.

همانطور که از شکل پیداست LED سمت چپ که با 32 میلی آمپر بایاس شده است نور بیشتری نسبت به LED با جریان استاندارد 20 میلی آمپر از خود ساطع می کند. با لمس دو ال ای دی متوجه می شویم که LED با جریان 20 میلی آمپر گرمای غیر عادی ندارد  ولی LED با جریان 32 میلی آمپر کمی گرم شده است. علت اینکه کارخانه های سازنده به شدت روی جریان استاندارد 20 میلی آمپر تاکید دارند نیز همین است که اگر جریان بالاتر از بیست میلی آمپر شود منجر به گرم شدن LED  خواهد شد که در نتیجه عمر پیوند P-N دیود نورانی کاهش خواهد یافت. نکته جالب توجه اینجاست که با جریان 32 میلی آمپری که تقریبا 50 درصد بیشتر از جریان استاندارد هست نیز LED همچنان روشن مانده و می تواند مدت نسبتا طولانی ای نیز روشن بماند. ولی قدر مسلم این اضافه جریان از عمر مفید آن خواهد کاست.

اکنون جریان را به 56 میلی آمپر افزایش می دهیم:

در شکل زیر LED سمت چپ با جریان 56 میلی آمپر و LED  سمت راست با جریان استاندارد 20 میلی آمپر بایاس شده است.

همانطور که از شکل مشاهده  می شود ، با افزایش جریان از 32 به 56 میلی آمپر نه تنها شدت نور ساطع شده از LED باز هم بیشتر می شود، بلکه گرمای LED نیز باز بیشتر می شود.

نکته جالب توجه اینجاست که با اینکه جریان LED نسبت به حالت استاندارد حدود 3 برابر بیشتر شده است، ولی شدت نور LED سه برابر بیشتر نشده است که این نشان از غیر خطی بودن رابطه شدت جریان با شدت نور در LED  دارد و باز هم بر این توصیه سازنده ها که " جریان بایاس LED را از 20 میلی آمپر بیشتر نکنید" صحه می گذارد. چرا که این افزایش جریان غیر عادی مصرف برق کل سیستم را به شدت افزایش می دهد و در نتیجه نمایشگر نیاز به پاور های بیشتری خواهد داشت و هزینه مصرف برق ماهیانه نیز افزایش می یابد و از همه مهمتر عمر نمایشگر بسیار کوتاه می شود و همه این مضرات تنها در ازای افزایش اندک شدت نور نمایشگر میباشد که به هیچ وجه توجیه پذیر نیست.

بنا بر این بار دیگر تاکید می کنیم که در هنگام مونتاژ نمایشگر های تک رنگ و بویژه قرمز (که ولتاژ فوروارد کمی دارد) حتما ولتاژ منبع تغذیه را بین 4.2 تا 4.5 ولت تنظیم کنید.

در برخی از موارد مشاهده شده است که برخی از همکاران نه تنها ولتاژ را از 5 ولت به 4.5 ولت کاهش نداده اند، بلکه حتی به 5 ولت هم رضایت نداده و ولتاژ را جهت شدت نور بالاتر روی 5.5 ولت قرار داده اند!

در  مورد نمایشگر های فول کالر نکته فوق خیلی ضرورت ندارد، چرا که جریان عبوری از هر LED بدون توجه به ولتاژ روی مقدار ثابت استاندارد رگوله شده است و بنابر این افزایش ولتاژ تاثیری بر روی جریان عبوری از LED ها ندارد. ولی نکته فوق مانع از مصرف بیشتر انرژی در تابلو نمی شود. چرا که اگر چه ولتاژ اضافه روی LED  قرار نمی گیرد، ولی این ولتاژ ناگزیر روی آی سی های درایور LED ها افت می کند که باعث تولید گرما ومصرف بیشتر برق خواهد شد.

بنا بر این در مورد ماژول های فول کالر برعکس ماژول های تک رنگ افزایش ولتاژ پاور سوییچینگ باعث افزایش شدت نور نمایشگر نخواهد شد و تنها منجر به افزایش بیهوده مصرف برق و تولید گرمای غیر متعارف می شود که می تواند طول عمر پاور ها را کاهش دهد.

اکنون بار دیگر به آزمایش خود باز می گردیم تا ببینیم این افزایش جریان LED تا کجا ادامه دارد و LED  ما چقدر در برابر افزایش جریان تحمل دارد؟!

اینبار جریان LED سمت چپ را به 125 میلی آمپر افزایش می دهیم! (به شکل زیر توجه کنید).

با مشاهده تصویر ملاحظه می شود که برعکس افزایش های قبلی جریان، زمانی که جریان LED به شکل قابل توجهی خیلی زیاد شود، نور ساطع شده از LED  بسیار کمتر از حالت استاندارد می شود. یعنی نوری که LED  با جریان 20 میلی آمپر ساطع می کند بیشتر از LED ای است که با جریان 125 میلی آمپر بایاس شده است و این افزایش تنها باعث داغ شدن خیلی زیاد LED  می شود.

 پیش بینی افزایش بیشتر جریان برای شما دشوار نخواهد بود، با این حال در ادامه تصاویر جریان های بیشتر نیز برای مشاهده شما ارایه شده است:

زمانی که جریان به 225 میلی آمپر افزایش یافت LED  باز هم کم نور تر و داغ تر شد: (به شکل زیر توجه فرمایید:).

اما این کم نور شدن  چندان تداوم نیافت و نور LED  اهسته  آهسته کمتر و کمتر شد و سر انجام پس از 10 ثانیه برای همیشه فروغ خود را از دست داد! ( به شکل زیر توجه فرمایید:).

از انجام آزمایشات فوق نتیجه می گیریم که برای تابلو های تک رنگ باید ولتاژ همه پاور ها را روی 4.2 تا 4.5 ولت تنظیم کنیم و برای ماژول های فول کالر ولتاژ همه پاور ها را روی 5 ولت و نه بیشتر تنظیم کنیم تا بیشترین طول عمر و بهترین بهره وری را داشته باشیم.

امیدوارم مطلب فوق مورد توجه تان واقع شده باشد.

تهیه کننده : مسعود نجاتی

تابستان 96