一, Физическата същност на консумацията на енергия в сегментиран LCD: микро механизъм за консумация на енергия, задвижван от електрическо поле
Принципът на дисплея на сегментирания LCD се основава на промените в оптичните свойства на молекулите на течните кристали под действието на електрическо поле. Основната му структура се състои от два слоя прозрачни електроди (ITO стъкло), слой от течни кристали, поляризиращ филм и уплътнител. Когато променливотоков сигнал, надвишаващ праговото напрежение (обикновено 3-5 V), се приложи между електродите, посоката на подравняване на молекулите на течния кристал се изкривява, променяйки пропускливостта, за да се постигне дисплей. Този процес изисква само микроамперно ниво на ток за поддържане на електрическото поле, а консумацията на енергия идва главно от три аспекта:
Загуба на поляризация на течнокристален слой: Диелектрична загуба, генерирана при усукване на молекулите на течния кристал, с типична стойност от около 2-5 μ A/cm².
Загуба на проводимост на електрода: Съпротивлението на ITO стъкло (около 10 ⁻⁴Ω· cm) причинява преминаване на слаб ток и консумацията на енергия е пропорционална на площта на дисплея.
Статични загуби в задвижващи вериги: включително ток на утечка на резистори и кондензатори на делители на напрежението, обикновено по-малко от 1 μA.
Действителни данни от измерването: 3,2--инчовият сегментиран LCD, използван в определен промишлен температурен регулатор, има обща консумация на енергия от 8,7 μA, измерена от високоточен амперметър, когато се показва статично на 25 градуса, като слоят от течни кристали отчита 6,2 μA, а управляващата верига отчита 2,5 μA.
2, Силовата игра на системите за подсветка: Изкуството да балансирате яркостта и консумацията на енергия
Въпреки че консумацията на енергия на сегментираните LCD е изключително ниска, често е необходимо да се оборудва система за задно осветяване в практически приложения, за да се изпълнят изискванията за дисплей в тъмна среда. Консумацията на мощност на подсветката се определя от броя на LED перлите, метода на свързване и управляващия ток:
Типични стойности на параметрите и въздействие върху консумацията на енергия
Токът на един светодиод е 15mA (@ 3.2V). За всеки допълнителен паралелно свързан светодиод, консумацията на енергия се увеличава с 15mA
Увеличаването на броя на серийните етапи 2-6 може да намали задвижващото напрежение
Регулиране на работния цикъл от 10% -100%, яркост, пропорционална на консумацията на енергия
Анализ на случая: Определено промишлено HMI устройство използва 6 светодиода в паралелно фоново осветление и измерената консумация на енергия при 50% яркост е 45 mA (6 × 15 mA × 50 %). Ако преминем към серийно свързване на 3 светодиода, консумацията на енергия може да бъде намалена до 22,5 mA (3 × 15 mA × 50%) при същата яркост, но е необходима верига за усилване.
3, Дълбокото въздействие на схемите за задвижване върху консумацията на енергия: оптимизиран път от резистивно разделяне на напрежението до зарядна помпа
Дизайнът на веригата на драйвера на сегментиран LCD директно определя общата консумация на енергия на системата. Общите решения включват:
1. Резистивно разделяне на напрежението
Принцип: Захранващото напрежение на MCU се разделя на преднапрежението, изисквано от LCD (като VDD/2, VDD/3) чрез резисторна мрежа.
Консумация на енергия: Статичният ток на утечка е около 5-10 μA, но загубата на енергия се причинява от съпротивително нагряване.
Приложими сценарии: Индустриално оборудване с ниска цена и ниски изисквания за точност на дисплея.
Действителен тестов случай: Интелигентен измервателен уред използва резисторно разделяне на напрежението, за да задвижи LCD с 8-битов сегментен код, с обща консумация на енергия от 18 μA при 5V захранване (тело на LCD 8 μA + резистор за разделяне на напрежението 10 μA).
2. Капацитивно задвижване с разделяне на напрежението
Принцип: Използване на характеристиките на зареждане и разреждане на кондензаторите за генериране на преднапрежение със загуби, по-ниски от резистивното деление на напрежението.
Консумирана мощност: Статичен ток на утечка<1 μ A, driving efficiency increased by 60%.
Приложим сценарий: Преносими индустриални терминали, захранвани от батерии.
Технологичен пробив: Ръчен детектор за газ използва капацитивен делител на напрежението, за да постигне 12 часа непрекъсната работа при захранване от 3,3 V (капацитет на батерията 2200 mAh).
3. Задвижване на помпата за зареждане
Принцип: Увеличете ниското напрежение до необходимото преднапрежение (като 12 V) на LCD чрез превключваща кондензаторна верига.
Консумация на енергия: Ефективността на преобразуване може да достигне 85%, но изисква допълнителна консумация на MCU ресурси.
Приложими сценарии: LCD с широк температурен диапазон, управляван от високо напрежение (-40 градуса ~85 градуса).
Индустриален бенчмарк: PLC от серията Siemens S7-1200 приема задвижване на помпа за зареждане, което все още може да поддържа статична консумация на енергия от 5 μA в среда от -20 градуса.
4, Практика за оптимизиране на консумацията на енергия в типични сценарии на приложение
1. Индустриални инструменти: Баланс между μ A статичен дисплей и mA динамично опресняване
В устройства като трансмитери за налягане и разходомери LCD дисплеите със сегментен код трябва да показват стойности на измерване за дълго време. Планът за оптимизация включва:
Използвайки отразяващ поляризационен филм, подсветката е напълно изключена (консумацията на енергия е намалена със 100%).
По време на динамично опресняване се актуализират само променящите се сегменти и измерената консумация на енергия се увеличава от статични 8 μA до 12 μA (увеличение от 50%).
2. Медицинско оборудване: двойни ограничения за ниска консумация на енергия и висока надеждност
В преносимите електрокардиограмни монитори сегментният LCD трябва да отговаря на следните изисквания:
Изискване за 5-годишен живот на батерията: Чрез стратегия за периодичен дисплей (дисплей за 1 секунда/заспиване за 9 секунди), средната консумация на енергия е намалена до 1,2 μA.
Електромагнитна съвместимост: Приемане на задвижване с капацитивно разделяне на напрежението, за да се избегнат шумови смущения, причинени от резистивно разделяне на напрежението.
3. Интелигентен дом: Максимална оптимизация на разходите и консумацията на енергия
В интелигентния термостат сегментният LCD трябва да постигне:
Контрол на разходите в рамките на $0,5: Използване на задвижване с резистивен делител на напрежение, жертване на консумация на енергия от 5 μA в замяна на 40% намаление на разходите.
Адаптивност при ниска температура: Използване на задвижваща помпа за зареждане, за да се осигури нормален дисплей при -30 градуса.
