LED显示屏通用芯片、双缓存、PWM三款驱动芯片的工作原理解析

恒流驱动芯片是LED显示屏里重要的一部分，它的选型直接影响显示效果。目前常用的驱动芯片按其架构不同可分为通用芯片、双缓存、PWM三大类。这三类IC的具体工作原理是什么 ？区别又是什么呢？这篇文章一一聊聊。

先说几个概念：

①刷新：指的是一秒钟图像出现的次数，具体到单灯就是一秒钟内亮灭了多少次。刷新高拍照效果好，但一次刷新也是一次灯珠的开关，灯珠的开关次数是会影响其寿命的。所以刷新够用就好，并不是越高越好。

②帧频：指的是一秒钟内出现了多少副图像，由于人眼的视觉暂留特性，只要一秒钟内画面变化大于24HZ，就不会感到停顿，我们目前使用的是60HZ帧频。

③灰阶：指的是屏体从黑到最亮能够分成的亮度等级。比如一个显示屏的亮度是16384cd/㎡，灰阶是14Bit（214即16384级）。它是将16384的亮度分成16384级，每一级的亮度是1cd/㎡。灰阶越高，每一级对应的亮度越低，显示效果细腻。

现分别以MBI5024、ICND2038S、MBI5153为代表，介绍一下通用、双缓存、PWM三大类驱动芯片的具体工作原理和区别。

一：通用芯片（MBI5024）

如图所示，16位数据信号SDI在时钟的作用下从低到高，被一一送到16位位移缓存器中（串入）；16位数据存满后会自动同时进入16位输出栓锁器中；通过锁存信号LE控制，同时输出到16位驱动器中；最后通过OE控制其输出（并出）。

常规芯片的灰度是通过把一帧的显示脉冲信号均分，从而控制灯珠点亮时间获得。如下图是一个均分成16Bit的显示信号脉冲波形图，灰度等级越高脉冲越宽，对应灯珠点亮的时间越久。

结合原理框图，我们可以建立一个刷新和时钟的关系式。CLK=芯片通道数*扫描数*刷新频率*一组数据芯片个数*换帧频率（芯片通道数*扫描数*一组数据芯片个数，就是一组数据带点数）。

二：双缓存（ICND2038S）

二：PWM（MBI5153）

如上图可以看出，其工作方式和通用IC及双缓存IC有很大不一样了。数据通过数据时钟DCLK的作用传入到16位寄存器，存满后自动进入SRAM，SRAM会将一帧时间内的所有数据先存储起来。然后通过灰度时钟GCLK配合comparators(算法电路)控制其输出脉宽得到具体的灰度值，直接将灰度值以16位的数据形式给到Output Buffers（输出缓冲器）输出。（通用IC的灰度可以理解为灯珠N次亮灭得到的，这里是直接输出灰度值）。   

知道了PWM芯片的工作原理后，我们可以建立以下关系式：

①：DCLK=灰阶数据数*通道数*扫描数*帧频*一组数据芯片个数；跟通用IC不一样的是这里多了一个灰阶数据数，从框图中可以看出输出灰阶为16的数据，所以式中灰阶数据数为16。

②：GCLK=灰阶*扫描数*帧频；一个GCLK脉宽就是一级灰阶，N个GCLK脉宽叠加就是N级灰阶。

PWM芯片不能直接将DCLK或GCLK视为通用芯片的CLK来建立与刷新关系式。PWM芯片的刷新是由灰阶决定的，它是先有灰阶再有刷新。

③：刷新=（灰阶÷打散方式）*帧频；这里的打散方式是聚积PWM芯片一种提高刷新的手段，不同PWM芯片有不同的打散方式，同一种PWM芯片在不同倍率下也有不同的打散方式。下图是MBI5153的打散方式：

以一个灰度14Bit,32扫的显示屏不开倍频为例：带入以上关系式可得需要的GCLK约为31MHZ,能够得到的刷新为1920HZ（本文以上所有关系式均未考虑消影所需的时钟）。

LED芯片是LED产品的心脏，主要功能就是把电能转化成光能，在使用过程中，led显示屏芯片也会出现各种各样的问题，现在就让我们一起看看LED芯片常规会出现那六大问题吧！

01

正向电压降低、暗光

（1）一种是电极与发光材料为欧姆接触，但接触电阻大，主要由材料衬底低浓度或电极缺损所致。

（2）一种是电极与材料为非欧姆接触，主要发生在芯片电极制备过程中蒸发第一层电极时的挤压印或夹印，分布位置。

另外封装过程中也可能造成正向压降低，主要原因有银胶固化不充分，支架或芯片电极沾污等造成接触电阻大或接触电阻不稳定。

正向压降低的芯片在固定电压测试时，通过芯片的电流小，从而表现暗点，还有一种暗光现象是芯片本身发光效率低，正向压降正常。

02

 难压焊

（1）打不粘：主要因为电极表面氧化或有胶

（2）有与发光材料接触不牢和加厚焊线层不牢，其中以加厚层脱落为主。

（3）打穿电极：通常与芯片材料有关，材料脆且强度不高的材料易打穿电极，一般GAALAS材料（如高红，红外芯片）较GAP材料易打穿电极。

（4）压焊调试应从焊接温度，超声波功率，超声时间，压力，金球大小，支架定位等进行调整。

03

发光颜色差异

（1）同一张芯片发光颜色有明显差异主要是因为外延片材料问题，ALGAINP四元素材料采用量子结构很薄，生长是很难保证各区域组分一致。（组分决定禁带宽度，禁带宽度决定波长）。

（2）GAP黄绿芯片，发光波长不会有很大偏差，但是由于人眼对这个波段颜色敏感，很容易查出偏黄，偏绿。由于波长是外延片材料决定的，区域越小，出现颜色偏差概念越小，故在M／T作业中有邻近选取法。

（3）GAP红色芯片有的发光颜色是偏橙黄色，这是由于其发光机理为间接跃进。受杂质浓度影响，电流密度加大时，易产生杂质能级偏移和发光饱和，发光是开始变为橙黄色。

04

闸流体效应

（1）是发光二极管在正常电压下无法导通，当电压加高到一定程度，电流产生突变。

（2）产生闸流体现象原因是发光材料外延片生长时出现了反向夹层，有此现象的LED在IF＝20MA时测试的正向压降有隐藏性，在使用过程是出于两极电压不够大，表现为不亮，可用测试信息仪器从晶体管图示仪测试曲线，也可以通过小电流IF＝10UA下的正向压降来发现，小电流下的正向压降明显偏大，则可能是该问题所致。

05

反向漏电流IR

在限定条件下反向漏电流为二极管的基本特性，按LED以前的常规规定，指反向电压在5V时的反向漏电流。随着发光二极管性能的提高，反向漏电流会越来越小。IR越小越好，产生原因为电子的不规则移动。

（1）芯片本身品质问题原因，可能晶片本身切割异常所导致。

（2）银胶点的太多，严重时会导致短路。外延造成的反向漏电主要由PN结内部结构缺陷所致，芯片制作过程中侧面腐蚀不够或有银胶丝沾附在测面，严禁用有机溶液调配银胶。以防止银胶通过毛细现象爬到结区。

（3）静电击伤。外延材料，芯片制作，器件封装，测试一般5V下反向漏电流为10UA，也可以固定反向电流下测试反向电压。不同类型的LED反向特性相差大：普绿，普黄芯片反向击穿可达到一百多伏，而普红芯片则在十几二十伏之间。

（4）焊线压力控制不当，造成晶片内崩导致IR升高。

解决方案

（1）银胶胶量需控制在晶片高度的1／3～1／2；

（2）人体及机台静电量需控制在50V以下；

（3）焊线第一点的压力应控制在30～45g之间为佳。

06

死灯现象

（1）LED的漏电流过大造成PN结失效，使LED灯点不亮，这种情况一般不会影响其他的LED灯的工作。

（2）LED灯的内部连接引线断开，造成LED无电流通过而产生死灯，这种情况会影响其他的LED灯的正常工作，原因是由于LED灯工作电压低（红黄橙LED工作电压1．8v－2．2v，蓝绿白LED工作电压2．8－3．2v），一般都要用串、并联来联接，来适应不同的工作电压，串联的LED灯越多影响越大，只要其中有一个LED灯内部连线开路，将造成该串联电路的整串LED灯不亮，可见这种情况比第一种情况要严重的多。

编辑：黄飞