Technische Grundlagen des LCD-Verbrauchs: Flüssigkristallmolekül – Schaltungsdesign.
Der Hauptstromverbrauch von LCD (Flüssigkristallanzeige) besteht aus drei Teilen
Flüssigkristallmoleküle treiben Licht mit Spannung durch ein Feld. Sein Antriebsstrom benötigt nur eine Größenordnung von Mikroampere (μA/cm²), es handelt sich also um ein Gerät mit niedriger-Spannung-geringer-Leistung. Wie der Flüssigkristall-Antriebsteil eines 3.5 - Zoll TFT - LCD-Moduls verbraucht er nur etwa 40 mW.
Hintergrundbeleuchtungssystem: Heutige LCDs erfordern ein LED-Hintergrundbeleuchtungssystem und verbrauchen maximal 60 %{2}% Strom. Wenn wir nur das Modell mit drei-und-einem-halben Zoll berücksichtigen, verbraucht dieses LED-Hintergrundlicht-LED--Array etwa zwischen ein-hundert-zwanzig und ein{11}}hundert-sechzig Milliwatt, dort kommt tatsächlich der größte Teil der Leistung an.
Die Treiberschaltung besteht aus: Gate-Treiber (+ -10 V HV), Source-Treiber (3. 3 V) und Energieverwaltungsschaltung, die vom Schaltungsdesign für den Stromverbrauch abhängt. Herkömmliches Ladungspumpenschema: 40 % – 60 % und externer DC-DC-Wandler beträgt 85 %+.
Typische Bereichs- und Fallanalyse des Stromverbrauchs von Industrie-LCD-Geräten
Kleiner-Segmentcode-Bildschirm (weniger als oder gleich 2,8 Zoll).
Leistungsaufnahmebereich: 0,1 mW – 10 mW (statisch).
Anwendungsbeispiele: Leistungsmesser und Temperaturregler
Fall: Ein multifunktionaler 96*96-Leistungsmesser mit nur einer Phase hat eine Eingangsleistungsauslastung von unter 0,1 VA (ca. 0,1 mW) pro Phase; Wenn es die reflektierende LCD-Technologie nutzt, zeigt es Dinge auch außerhalb der hellen Umgebung gut an und muss nicht selbst leuchten.
Mittelgroßes Punktmatrix-Display (3,5–7 Zoll)
Stromverbrauchsbereich: 100 mW - 500 mW (dynamische Anzeige)
Typischerweise für die Anwendung verwendet: HMI, Human-Machine Interface; Industrieller Tablet-Computer.
Gehäuse: 3,5-Zoll-TFT-LCD-Modul mit einem Betriebsstrom von 60 mA bei einer 3,3-V-Stromversorgung und einem Gesamtstromverbrauch von 198 mW; wobei die Hintergrundbeleuchtung 160 mW, der Treiber 40 mW und die Schnittstellenkommunikation alle anderen Teile ausmacht.
Big-sized high-res screen (>10 Zoll)
Der PWR-Einsatzbereich des Geräts liegt zwischen 1 und 50 Watt, das heißt 50 Watt im Volllichtmodus.
Die typischen Anwendungen wären in einem Überwachungszentrum und an den Steuerkonsolen für automatische Produktionslinien.
Der Fall ist, dass es über ein 15,6-Zoll-LCD-Display in Industriequalität mit einer Auflösung von 1920 x 1080 verfügen würde, das die gesamte LED-Hintergrundbeleuchtung zusammen mit einer max. Der Leistungsbedarf beträgt 45 W. Mit dieser dynamischen Dimmtechnologie sinkt der Wert, den wir dort tatsächlich sehen, auf etwa 15 W.
Analyse der wichtigsten Einflussfaktoren auf den Stromverbrauch von LCDis.
Bildschirmgröße und Auflösung
Auswirkungen auf den Drahtwiderstand: Es besteht aus einer transparenten Leiterbahn (ITO). Je größer sie wird, desto länger wird auch die Verkabelung, was auch zu einem höheren Widerstandsverlust im Draht führt. Wenn mein 10-Zoll-Bildschirm beispielsweise einen Verkabelungswiderstand hat, der doppelt so hoch sein könnte wie der eines 5-Zoll-Bildschirms, ist mehr Antriebsleistung erforderlich.
Die Anforderungen an die Hintergrundbeleuchtung lauten wie folgt: Hochauflösende Bildschirme erzielen bei höherer Lichtquelle bessere Ergebnisse. Wenn wir unsere Auflösung von 800 x 480 auf den Bereich von 1920 x 1080 erhöhen, werden experimentellen Daten zufolge etwa 120 Prozent der Energie für die Hintergrundbeleuchtung benötigt.
Hintergrundbeleuchtung, Typ & Tech.
Anwendungsszenarien für das Stromverbrauchsverhältnis der Hintergrundbeleuchtung und die Optimierung der Energieeffizienz.
Reflektiert<10% outdoor instruments, solar equipment increase the ambient lighting's effectiveness.
Transparent: 20–40 % industrielles Bedienfeld mit gemischter Umgebung mit LED-Lichtquellen für Umgebungslicht
Und dann verwenden vollständig transparente 60–80 % Indoor-Überwachungsbildschirme Mini-LEDs oder Quantenpunkte.
Der technologische Durchbruch ist das neue Dynamic Dimming: Die Hintergrundbeleuchtung ändert sich abhängig von der Lichtintensität, die von einem Umgebungssensor wie beispielsweise BH1750 erkannt wird. Bei einem kleinen 1000-Lux-Gehäuse wurde die Helligkeit des Bildschirms bei einem Rückgang um 50 Lux automatisch auf 80 % erhöht. Bei einem Rückgang auf 25 % bei 50 Lux führte dies nur zu einem schnellen durchschnittlichen Rückgang des Stromverbrauchs um etwa 40 %.
Treiberschaltungsdesign
Leistungsarchitekturoption: Die älteren Lösungen verwendeten Ladungspumpen, um die höhere Spannung zu erzeugen, und das ist verschwenderisch. Moderne Designs verwenden externe DC-DC-Wandler wie TPS61040, um die 3. 3 V auf 5 V zu erhöhen und dann die ± 10 V über ein Ladungspumpenmodul mit einem Gesamtwirkungsgrad von mehr als 85 % zu erhalten.
Intelligenter Schlafmodus: Die MCU erkennt, ob in einem bestimmten Zeitintervall eine Aktion ausgeführt wurde, und wartet 30 Sekunden, bevor sie in den Schlafmodus wechselt. Dann wird die Stromversorgung von AVDD, VGH/VGL unterbrochen. Der Standby-Stromverbrauch wird auf unter 0,1 mW gesenkt.
Strategie zur Optimierung des Stromverbrauchs in Branchenszenarien.
Energiesparstruktur auf System-Ebene-
Hintergrundbeleuchtungssteuerung: Verwenden Sie 1-kHz-PWM-Dimmung, um Flackern zu reduzieren und elektromagnetische Störungen zu minimieren. Die Beleuchtungsstärke-Helligkeitskarte wird zur Anpassung der Dimmung verwendet.
Technologie zur Regionsaktualisierung: Definieren Sie eine Möglichkeit, „verschmutzte“ Regionen zu kennzeichnen, damit wir nur die geänderten Inhalte ändern. Wenn wir beispielsweise davon ausgehen, dass wir auf industrieller Ebene den Abschnitt in einen Titelleistenabschnitt und einen Datenbereichsabschnitt unterteilen, würde unser letzter Abschnitt unseren Statusleistenabschnitt enthalten, der in diesem Szenario einzeln aktualisiert werden könnte, wodurch der Gesamtstromverbrauch für Aktualisierungszwecke um etwa 30+ Prozentpunkte gesenkt würde.
Energie-Timing-Management: Während des LCD-Aufweckvorgangs müssen wir 100–120 ms warten, bis sich die Stromversorgung stabilisiert hat, damit die „Verzögerung des schwarzen Bildschirms“ vermieden wird, und die für die Aufweckphase erforderliche Zeit -auf unter 50 ms verbessern.
Und Innovationen bei Materialien und Prozessen
ITO-Glas mit niedriger Impedanz: Dotieren Sie Metallionen (z. B. Silber), um den ITO-Dünnschichtwiderstand von 100 Ω/□ auf 50 Ω/□ zu senken und den Antriebsstromverbrauch um 15 % zu senken.
Mikroprisma-strukturierte Lichtleiterplatte: Eine V-förmige Mikrorippenanordnung erhöht den LED-Lichtverbrauch um 60 % - 85 % und reduziert die Anzahl der Lichtleiter. 30 % weniger LED für gleiche Lumen erforderlich.
Industriestandards und Energieeffizienzzertifizierung
Die internationale Norm IEC 62301 „Measureme ntmethod fors tandb ypo wer cons umptiono fhou seh olap ha pes“ besagt, dass der Ruhemodus von Industrie-LCDs weniger als oder gleich 0. 5 W und der Ausschaltmodus weniger als oder gleich 0. 4 W verbraucht.
Inländische Norm: GB21520 „Energieeffizienzgrenzwerte und -klassen für Computerdisplays“ legt fest, dass der Stromverbrauch von Hochleistungs-Industrie-LCDs im Ruhezustand höchstens 0,8 W betragen muss und der Stromverbrauch im ausgeschalteten Zustand 0,6 W nicht überschreiten darf.
