显示/光电技术中的一种新型LED 显示模组供电拓扑
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2020-11-04
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显示显示/光电技术中的一种新型光电技术中的一种新型LED 显示模组供电拓扑显示模组供电拓扑
摘要：设计了一种LED 显示屏模组的全新的电源供电拓扑。220 V/50 Hz（或110 V/60 HZ）交流电源经过滤
波、整流、PFC 矫正后产生一个400 V 的电压；400 V 的电压通过总线传输到模组内的辅助电源模块和多个高
效电源模块；辅助电源模块接收控制命令开关PFC 电路和高效电源模块，并给小信号电路提供电能；高效电源
模块再将400 V 的电压转换成LED 点阵模块所需电压。这种拓扑供电使LED 显示模组的电磁兼容符合相关的标
准规定限值（GB17625.1-2003 或兼容IEC1000-3-2），模组PF 值可以达到98%以上；同时，LED 显示屏的整
个电能的转换效率可以达到82
摘要：设计了一种LED 显示屏模组的全新的电源供电拓扑。220 V/50 Hz（或110 V/60 HZ）交流电源经过滤波、整流、
PFC 矫正后产生一个400 V 的电压；400 V 的电压通过总线传输到模组内的辅助电源模块和多个高效电源模块；辅助电源模块
接收控制命令开关PFC 电路和高效电源模块，并给小信号电路提供电能；高效电源模块再将400 V 的电压转换成LED 点阵模
块所需电压。这种拓扑供电使LED 显示模组的电磁兼容符合相关的标准规定限值（GB17625.1-2003 或兼容IEC1000-3-2），
模组PF 值可以达到98%以上；同时，LED 显示屏的整个电能的转换效率可以达到82%以上，与传统拓扑相比减少了整个显示
屏功耗。
LED 全彩显示屏是一种新型的室内外大尺寸的电子传播媒体，具有尺寸大、环境适应性好、亮度高、动态播放等特点。
随着LED 性价比的进一步提高，它可广泛应用于广告、舞台、招牌、交通设施、公众场所等领域。LED 作为一种新兴的发光
器件,具有公认节能特点。但是，由大量LED 灯管组成的LED 全彩显示屏应用却耗能巨大；同时，大量LED 模组构成LED 显示
屏，而LED 模组内是由若干的开关电源供电，这种大量传统开关电源（不带PFC 矫正）产生的谐波失真很容易污染公共电
网；所以，电磁兼容性和低能耗设计是LED 显示屏技术一个重要的发展方向。
1 LED 显示屏模组的供电拓扑结构显示屏模组的供电拓扑结构
采用传统的全彩LED 显示屏模组拓扑架构供电（不带PFC 矫正），谐波失真对电网的影响非常严重。通过工程部门对多
项实际工程的观测，LED 显示屏系统对供电网络的影响主要有： 1）主要谐波电流为3/5/7/9/11 次；2）谐波叠加后，造成系
统综合功率因素低下，通常低于0.75，远远低于国家标准的要求；3）电压电流波形畸变严重，不是标准的正弦波形。谐波失
真可能对电网上其他敏感设备造成不良影响，甚至使其工作异常，带来关联的法律责任问题，例如,谐波导致同楼中某公司的
网络服务器因突然停电，造成损失。所以，全彩LED 显示屏模组的电源供电拓扑结构，采用PFC 的技术是大势所趋，是整个
行业技术升级的必然结果。
如图1 所示，传统的全彩LED 显示屏的电源供电拓扑一般是采用若干个（m 个）开关电源的并联输出，然后采用5 V的直
流总线的方式给LED 点阵模块进行供电。譬如，一个静态的P16 全彩LED 模组， 一般使用4 个标准电源S-350-5，并在5 V 输
出端采用并联方式组成供电总线，然后各个LED点阵模块分别通过总线分支取电。这种总线供电方式，使得5 V 电源在传输到
LED 器件过程中，消耗电能浪费。通常，5 V直流电总线的电流比较大，在传输的过程中，部分电能通过传输线阻变成了热量
（P=（ILED）2R 线），散发到环境中。另一方面，受负载变化（像素点信号的变化），LED 导通电流也变化，根据分压原
理：VLED=5 V-（ILEDR 线）， 虽然开关电源模块S-350-5 输出5 V+1%、但是传输到LED 点阵模块部分的电压却是一个变
化的电压值， 并且随着LED 电流ILED变化越大，传输到LED 点阵模块的电压值也变化越大。当负载电流增大到一定值后，
传输到LED 像素点电压可能低于LED 的完全导通的必须电压值， 甚至于影响LED 大屏幕的正常显示功能。
经过众多实验数据分析，为了克服传统显示屏模组的诸多缺点， 提出了一种全新的LED 显示屏模组的供电拓扑结构，如
图2 所示。该拓扑结构包括：
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