一, Enerģijas patēriņa fiziskā būtība segmentētajā LCD: mikro enerģijas patēriņa mehānisms, ko darbina elektriskais lauks
Segmentētā LCD displeja princips ir balstīts uz šķidro kristālu molekulu optisko īpašību izmaiņām elektriskā lauka iedarbībā. Tās pamatstruktūra sastāv no diviem caurspīdīgu elektrodu (ITO stikla) slāņiem, šķidro kristālu slāņa, polarizācijas plēves un hermētiķa. Ja starp elektrodiem tiek pielikts maiņstrāvas signāls, kas pārsniedz sliekšņa spriegumu (parasti 3–5 V), šķidro kristālu molekulu izlīdzināšanas virziens mainās, mainot caurlaidību, lai panāktu displeju. Šim procesam ir nepieciešama tikai mikroampēru līmeņa strāva, lai uzturētu elektrisko lauku, un enerģijas patēriņu galvenokārt veido trīs aspekti:
Šķidro kristālu slāņa polarizācijas zudumi: dielektriskie zudumi, kas rodas šķidro kristālu molekulām savērpjoties, ar tipisku vērtību aptuveni 2–5 μ A/cm ².
Elektrodu vadītspējas zudums: ITO stikla pretestība (apmēram 10 ⁻⁴Ω· cm) izraisa vāju strāvu, un enerģijas patēriņš ir proporcionāls displeja laukumam.
Statiskie zudumi piedziņas ķēdēs: ieskaitot nobīdes sprieguma dalītāja rezistoru un kondensatoru noplūdes strāvu, parasti mazāka par 1 μA.
Faktiskie mērījumu dati: 3,2{2} collu segmentētā LCD, ko izmanto noteiktā rūpnieciskā temperatūras regulatorā, kopējais enerģijas patēriņš ir 8,7 μA, ko mēra ar augstas precizitātes ampērmetru, kad tas tiek rādīts statiski 25 grādos, šķidro kristālu slānim veidojot 6,2 μA un piedziņas ķēdei 2,5 μA.
2, Fona apgaismojuma sistēmu jaudas spēle: māksla līdzsvarot spilgtumu un enerģijas patēriņu
Lai gan segmentēta LCD enerģijas patēriņš ir ārkārtīgi zems, praktiskos lietojumos bieži ir nepieciešams aprīkot fona apgaismojuma sistēmu, lai atbilstu displeja prasībām tumšā vidē. Fona apgaismojuma enerģijas patēriņu nosaka LED lodīšu skaits, savienojuma veids un piedziņas strāva:
Tipiskās parametru vērtības un enerģijas patēriņa ietekme
Viena gaismas diodes strāva ir 15 mA (@ 3,2 V). Katrai papildu paralēli pieslēgtai LED elektroenerģijas patēriņš palielinās par 15 mA
Palielinot sērijas posmu skaitu 2-6, var samazināt piedziņas spriegumu
Darba cikla regulēšana 10% -100%, spilgtums proporcionāls enerģijas patēriņam
Gadījuma analīze: noteikta rūpnieciskā HMI ierīce izmanto 6 gaismas diodes paralēlā fona apgaismojumā, un izmērītais enerģijas patēriņš pie 50% spilgtuma ir 45mA (6 × 15mA × 50%). Ja mēs pārslēdzamies uz 3 gaismas diožu virknes savienojumu, enerģijas patēriņu var samazināt līdz 22,5 mA (3 × 15 mA × 50%) ar tādu pašu spilgtumu, taču ir nepieciešama pastiprināšanas ķēde.
3, braukšanas shēmu dziļā ietekme uz enerģijas patēriņu: optimizēts ceļš no pretestības sprieguma dalīšanas līdz uzlādes sūknim
Segmentētā LCD draivera shēmas dizains tieši nosaka sistēmas kopējo enerģijas patēriņu. Parastie risinājumi ietver:
1. Pretestības sprieguma dalīšanas piedziņa
Princips: MCU barošanas spriegums tiek sadalīts nobīdes spriegumā, kas nepieciešams LCD (piemēram, VDD/2, VDD/3), izmantojot rezistoru tīklu.
Enerģijas patēriņš: Statiskā noplūdes strāva ir aptuveni 5-10 μA, bet enerģijas zudumus izraisa pretestības sildīšana.
Piemērojamie scenāriji: rūpnieciskas iekārtas ar zemām izmaksām un zemām displeja precizitātes prasībām.
Faktiskais testa gadījums: viedais skaitītājs izmanto rezistoru sprieguma dalījumu, lai darbinātu 8 bitu segmenta koda LCD ar kopējo enerģijas patēriņu 18 μA zem 5 V barošanas avota (LCD korpuss 8 μ A + sprieguma dalīšanas rezistors 10 μ A).
2. Kapacitatīvā sprieguma dalīšanas piedziņa
Princips: Kondensatoru uzlādes un izlādes raksturlielumu izmantošana, lai radītu nobīdes spriegumu ar zaudējumiem, kas ir mazāki par pretestības sprieguma dalījumu.
Enerģijas patēriņš: Statiskā noplūdes strāva<1 μ A, driving efficiency increased by 60%.
Piemērojamais scenārijs: pārnēsājami industriālie termināļi, kurus darbina akumulatori.
Tehnoloģiskais sasniegums: rokas gāzes detektors izmanto kapacitatīvo sprieguma dalītāju, lai nodrošinātu 12 stundu nepārtrauktu darbību ar 3,3 V barošanas avotu (akumulatora ietilpība 2200 mAh).
3. Uzlādējiet sūkņa pastiprināšanas piedziņu
Princips: paaugstiniet zemo spriegumu līdz vajadzīgajam LCD nobīdes spriegumam (piemēram, 12 V), izmantojot slēdža kondensatora ķēdi.
Enerģijas patēriņš: konversijas efektivitāte var sasniegt 85%, bet tas prasa papildu MCU resursu patēriņu.
Piemērojamie scenāriji: Augstsprieguma piedziņas plaša temperatūras diapazona koda LCD (-40 grādi ~ 85 grādi).
Nozares etalons: Siemens S7-1200 sērijas PLC izmanto uzlādes sūkņa piedziņu, kas joprojām var uzturēt statisko enerģijas patēriņu 5 μA -20 grādu vidē.
4, Enerģijas patēriņa optimizācijas prakse tipiskos lietojumu scenārijos
1. Rūpnieciskie instrumenti: līdzsvars starp μA statisko displeju un mA dinamisko atsvaidzināšanu
Tādās ierīcēs kā spiediena raidītāji un plūsmas mērītāji segmenta koda LCD displejiem ilgu laiku jāparāda mērījumu vērtības. Optimizācijas plānā ietilpst:
Izmantojot atstarojošo polarizējošo plēvi, fona apgaismojums tiek pilnībā izslēgts (elektroenerģijas patēriņš tiek samazināts par 100%).
Dinamiskās atsvaidzināšanas laikā tiek atjaunināti tikai mainīgie segmenti, un izmērītais enerģijas patēriņš palielinās no statiskā 8 μA līdz 12 μA (pieaugums par 50%).
2. Medicīniskais aprīkojums: dubulti ierobežojumi – zems enerģijas patēriņš un augsta uzticamība
Pārnēsājamos elektrokardiogrammas monitoros segmenta LCD ir jāatbilst šādām prasībām:
5 gadu akumulatora darbības laika prasība: izmantojot intermitējošu displeja stratēģiju (displejs 1 sekundi/miegs 9 sekundes), vidējais enerģijas patēriņš tiek samazināts līdz 1,2 μA.
Elektromagnētiskā saderība: kapacitatīvā sprieguma dalīšanas piedziņa, lai izvairītos no trokšņa traucējumiem, ko izraisa pretestības sprieguma dalīšana.
3. Viedā māja: pilnīga izmaksu un enerģijas patēriņa optimizācija
Viedajā termostatā segmenta LCD ir jāsasniedz:
Izmaksu kontrole 0,5 ASV dolāru robežās: izmantojot pretestības sprieguma dalītāja piedziņu, upurējot 5 μA enerģijas patēriņu apmaiņā pret izmaksu samazinājumu par 40%.
Pielāgošanās spēja zemai temperatūrai: izmantojiet uzlādes sūkņa piedziņu, lai nodrošinātu normālu displeju pie -30 grādiem.
