一, fizinė energijos suvartojimo esmė segmentuotame LCD: mikro energijos suvartojimo mechanizmas, varomas elektrinio lauko
Segmentuoto LCD ekrano principas pagrįstas skystųjų kristalų molekulių optinių savybių pokyčiais veikiant elektriniam laukui. Jo pagrindinę struktūrą sudaro du skaidrių elektrodų (ITO stiklo) sluoksniai, skystųjų kristalų sluoksnis, poliarizacinė plėvelė ir sandariklis. Kai tarp elektrodų įjungiamas kintamosios srovės signalas, viršijantis slenkstinę įtampą (dažniausiai 3–5 V), skystųjų kristalų molekulių išlygiavimo kryptis pasisuka ir keičia pralaidumą, kad būtų rodomas vaizdas. Šiam procesui reikalinga tik mikroamperų lygio srovė, kad būtų išlaikytas elektrinis laukas, o energijos suvartojimas daugiausia priklauso nuo trijų aspektų:
Skystųjų kristalų sluoksnio poliarizacijos nuostoliai: dielektriniai nuostoliai, susidarantys skystųjų kristalų molekulėms susisukus, kurių tipinė vertė yra apie 2–5 μ A/cm ².
Elektrodo laidumo praradimas: ITO stiklo varža (apie 10 ⁻⁴Ω· cm) sukelia silpną srovę, o energijos suvartojimas yra proporcingas ekrano plotui.
Statiniai nuostoliai pavaros grandinėse: įskaitant poslinkio įtampos daliklio rezistorių ir kondensatorių nuotėkio srovę, paprastai mažesnė nei 1 μA.
Faktiniai matavimo duomenys: 3,2{2} colio segmentuoto skystųjų kristalų ekrano, naudojamo tam tikrame pramoniniame temperatūros reguliatoriuje, bendras energijos suvartojimas yra 8,7 μA, išmatuotas didelio tikslumo ampermetru, kai rodomas statinis 25 laipsnių kampu, o skystųjų kristalų sluoksnis sudaro 6,2 μA, o pavaros grandinė - 2,5 μA.
2, Apšvietimo sistemų galios žaidimas: šviesumo ir energijos suvartojimo balansavimo menas
Nors segmentinio skystųjų kristalų ekrano energijos suvartojimas yra labai mažas, dažnai reikia įrengti foninio apšvietimo sistemą, kad būtų patenkinti ekrano reikalavimai tamsioje aplinkoje. Foninio apšvietimo energijos suvartojimą lemia LED karoliukų skaičius, prijungimo būdas ir varomoji srovė:
Tipinės parametrų reikšmės ir energijos suvartojimo įtaka
Vieno šviesos diodo srovė yra 15 mA (@ 3,2 V). Kiekvieno papildomo lygiagrečiai prijungto šviesos diodo energijos suvartojimas padidėja 15 mA
Padidinus 2–6 serijos etapų skaičių, gali sumažėti pavaros įtampa
Darbo ciklo reguliavimas 10% -100%, ryškumas proporcingas energijos suvartojimui
Atvejo analizė: Tam tikrame pramoniniame HMI įrenginyje lygiagrečiame foniniame apšvietime naudojami 6 šviesos diodai, o išmatuotas energijos suvartojimas esant 50 % ryškumui yra 45 mA (6 × 15 mA × 50 %). Jei pereisime prie nuoseklaus 3 šviesos diodų jungimo, energijos suvartojimas gali būti sumažintas iki 22,5 mA (3 × 15 mA × 50%) esant tokiam pačiam ryškumui, tačiau reikalinga padidinimo grandinė.
3, Didelis vairavimo schemų poveikis energijos suvartojimui: optimizuotas kelias nuo varžinės įtampos padalijimo iki įkrovimo siurblio
Segmentinio skystųjų kristalų ekrano vairuotojo grandinės konstrukcija tiesiogiai lemia bendrą sistemos energijos suvartojimą. Įprasti sprendimai apima:
1. Varžinės įtampos padalijimo pavara
Principas: MCU maitinimo įtampa yra padalinta į poslinkio įtampą, reikalingą LCD (pvz., VDD/2, VDD/3) per rezistorių tinklą.
Energijos suvartojimas: Statinė nuotėkio srovė yra apie 5-10 μA, tačiau energijos nuostolius sukelia varžinis kaitinimas.
Taikomi scenarijai: pramoninė įranga, kuriai taikomi nebrangūs ir žemi ekrano tikslumo reikalavimai.
Tikrasis bandymo atvejis: išmanusis skaitiklis naudoja rezistoriaus įtampos padalijimą, kad valdytų 8 bitų segmento kodo skystųjų kristalų ekraną, kurio bendras energijos suvartojimas yra 18 μA esant 5 V maitinimo šaltiniui (LCD korpusas 8 μ A + įtampos padalijimo rezistorius 10 μ A).
2. Talpinės įtampos padalijimo pavara
Principas: Kondensatorių įkrovimo ir iškrovimo charakteristikų panaudojimas poslinkio įtampai generuoti, o nuostoliai mažesni nei varžos įtampos padalijimas.
Energijos suvartojimas: Statinė nuotėkio srovė<1 μ A, driving efficiency increased by 60%.
Taikomas scenarijus: nešiojamieji pramoniniai terminalai, maitinami baterijomis.
Technologinis proveržis: rankinis dujų detektorius naudoja talpinę įtampos daliklio pavarą, kad būtų pasiektas 12 valandų nepertraukiamas veikimas esant 3,3 V maitinimo šaltiniui (baterijos talpa 2200 mAh).
3. Įkraukite siurblio variklį
Principas: per jungiklio kondensatoriaus grandinę padidinkite žemą įtampą iki reikiamos LCD poslinkio įtampos (pvz., 12 V).
Energijos suvartojimas: konversijos efektyvumas gali siekti 85%, tačiau tam reikia papildomai sunaudoti MCU resursus.
Taikomi scenarijai: Aukštos įtampos varomas plataus temperatūros diapazono kodas LCD (-40 laipsnių ~ 85 laipsnių).
Pramonės etalonas: Siemens S7-1200 serijos PLC naudoja įkrovimo siurblio pavarą, kuri vis tiek gali išlaikyti statinį 5 μA energijos suvartojimą -20 laipsnių aplinkoje.
4, Energijos suvartojimo optimizavimo praktika tipiniuose taikymo scenarijuose
1. Pramoniniai prietaisai: balansas tarp μ A statinio ekrano ir mA dinaminio atnaujinimo
Tokiuose įrenginiuose kaip slėgio siųstuvai ir srauto matuokliai, segmentinio kodo LCD ekranai turi ilgą laiką rodyti matavimo vertes. Į optimizavimo planą įeina:
Naudojant atspindinčią poliarizacinę plėvelę, foninis apšvietimas visiškai išjungiamas (elektros suvartojimas sumažėja 100%).
Dinaminio atnaujinimo metu atnaujinami tik besikeičiantys segmentai, o išmatuotas energijos suvartojimas padidėja nuo statinio 8 μA iki 12 μA (padidėjimas 50%).
2. Medicininė įranga: dvigubi apribojimai – mažas energijos suvartojimas ir didelis patikimumas
Nešiojamuose elektrokardiogramos monitoriuose segmentinis LCD turi atitikti šiuos reikalavimus:
5 metų baterijos veikimo trukmės reikalavimas: taikant su pertrūkiais rodomo ekrano strategiją (rodymas 1 sekundę / miegas 9 sekundes), vidutinis energijos suvartojimas sumažinamas iki 1,2 μA.
Elektromagnetinis suderinamumas: pritaikyta talpinė įtampos padalijimo pavara, kad būtų išvengta triukšmo trukdžių, kuriuos sukelia varžinis įtampos padalijimas.
3. Išmanusis namas: didžiausias sąnaudų ir energijos suvartojimo optimizavimas
Išmaniajame termostate segmentinis LCD turi pasiekti:
Sąnaudų valdymas per 0,5 USD: naudojant varžinę įtampos daliklio pavarą, paaukojus 5 μA energijos suvartojimą mainais į 40 % išlaidų sumažinimą.
Pritaikomumas žemai temperatūrai: naudojant įkrovimo siurblio pavarą, kad būtų užtikrintas normalus -30 laipsnių ekranas.
