УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИМИ КРИСТАЛЛАМИ В СВЕТОДИОДЕ
DEVICE FOR CONTROLLING LIGHT-EMITTING CRYSTALS IN LED

Изобретение относится к области информационной техники и может быть использовано в любых потребительских электронных устройствах, а также при построении крупногабаритных матричных экранов и иных средств отображения визуальных данных.
Известно устройство для управления излучением кристаллов в светодиоде (CN 103052211 A от 29.11.2012), содержащее светоизлучающие кристаллы, шинный контроллер I2C и светодиодные драйверы.
Известно устройство, описанное в патенте CN 103702494 от 09.01.2014. Оно содержит: блок обнаружения напряжения передаваемого сигнала, модуль преобразования последовательных данных, защелку и устройство сравнения адреса, соединенных последовательно. Три линии управления защелки управляют тремя МОП транзисторами, каждый из которых соединен с соответствующим светоизлучающим кристаллом. Блок обнаружения напряжения передаваемого сигнала состоит из двух операционных усилителей, которые одновременно подключены к источнику питания, причем опорное напряжение первого усилителя 2 В, а опорное напряжение второго 5 В. Результат сравнения с выхода двух операционных усилителей поступает на вход модуля преобразования последовательных данных, где последовательные данные преобразовываются в параллельные. Параллельные данные сохраняются в регистре-защелке и сравниваются устройством сравнения адреса, МОП-транзисторы управляются в соответствии с результатом сравнения, тем самым управляя каждым светодиодом.
Известные технические решения имеют следующие недостатки: Устройство, описанное в патенте (CN 103052211 A от 29.11.2012), требует использования отдельного источника питания цифровой схемы устройства, реализация управления по шине I2C требует относительно высокой производительности управляющего компьютера при низкой скорости передачи данных по шине, имеет большое количество контактных площадок корпуса.
Устройство, описанное в патенте (CN 103702494 от 09.01.2014), имеет следующие недостатки: в связи с тем, что для функционирования схемы приема данных необходимо использовать формирователь кодовой последовательности с 2 напряжениями: 2 и 5 вольт область применения диода сильно ограничивается из-за отсутствия напряжений выше 4 вольт во всех современных мобильных устройствах с питанием от аккумуляторов. Использование формирователя напряжения 5 вольт сводит на нет эффект от применения указанного диода. Построение систем отображения информации на указанных диодах невозможно в связи с тем, что режим загрузки данных возможен только при выходе напряжения питания за границы рабочего диапазона, что приведет к разрушению целостности изображения на время загрузки данных в любой из диодов, включенных вместе, а при указанном времени загрузки, количестве передаваемых данных и периоду их обновления время отображения информации соизмеримо с временем загрузки данных, что делает применение указанного диода в этой сфере невозможным. Также использование внутреннего генератора со стабильностью 5% и невозможность программного учета ухода частоты даст разнояркость соседних диодов на 10%, что является приемлемым только для гирлянд и систем световых эффектов. Существенным недостатком всех описанных решений является то, что для получения одинаковой яркости свечения нескольких кристаллов необходима постоянная коррекция уровня выводимого сигнала со стороны управляющего контроллера, что существенно увеличивает сложность управляющей электроники и сказывается на ее стоимости.
Задачей изобретения является создание нового устройства для управления светоизлучающими кристаллами в двухконтактном светодиоде, устраняющее вышеперечисленные недостатки известных технических решений.
Техническим результатом является отсутствие вычислений, связанных с коррекцией уровня яркости отдельных светодиодов, что приводит к разгрузке управляющей электроники, а также существенное упрощение сложности печатных плат за счет уменьшения количества соединений в 2 и более раза и упрощение схемы управления.
Поставленная задача с указанным техническим результатом достигается новой совокупностью существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения указанного технического результата. Сущность изобретения состоит в том, что устройство для управления светоизлучающими кристаллами в светодиоде содержит модуль компаратора, счетчик, регистр, декодер, формирователь импульсов, модуль памяти, модуль формирования напряжения питания, цифро-аналоговый преобразователь, модуль сравнения и усиления, два усилителя, два резистора, транзисторы, светоизлучающие кристаллы, при этом вход модуля компаратора соединен с клеммой анода, а выход соединен со входом счетчика и входом формирователя импульсов, выход счетчика соединен со входом регистра, выход регистра соединен со входом декодера, выход декодера соединен с базами транзисторов, коллекторы которых соединены с катодами светоизлучающих кристаллов, аноды которых соединены между собой и подключены к клемме анода, а эмиттеры транзисторов соединены между собой и подключены ко входу первого усилителя и к одному контакту резистора, другой контакт резистора подключен к клемме катода, выход первого усилителя подключен ко входу модуля сравнения и усиления, выход модуля сравнения и усиления подключен к базе транзистора, коллектор которого подключен к клемме анода, а эмиттер подключен ко входу второго усилителя, выход второго усилителя подключен ко входу модуля сравнения и усиления, причем вход второго усилителя подключен к одному контакту резистора, второй контакт резистора подключен к клемме катода, выход декодера подключен ко входу цифро-аналогового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя подключен к модулю сравнения и усиления, причем выход регистра подключен ко входу модуля памяти, выход формирователя импульсов подключен ко входу модуля памяти, выход модуля памяти подключен ко входу декодера, выход которого подключен ко входу модуля памяти, вход модуля формирования напряжения питания подключен к клемме анода и клемме катода, а выходы его подключены к цифро-аналоговому преобразователю, модулю сравнения и усиления, декодеру, модулю памяти, формирователю импульсов, модулю компаратора, счетчику, регистру, при этом выход формирователя импульсов подключен ко входу регистра, другой выход формирователя импульсов подключен ко входу декодера.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на котором представлена общая блок-схема устройства для управления светоизлучающими кристаллами в светодиоде. Устройство содержит модуль 6 компаратора, счетчик 10, регистр 7, декодер 11, формирователь 8 импульсов, модуль 12 памяти, модуль 9 формирования напряжения питания, цифро-аналоговый преобразователь 13, модуль 16 сравнения и усиления, два усилителя 14, 15, два резистора 17, 18, транзисторы 5, 3, светоизлучающие кристаллы 4, при этом вход модуля 6 компаратора соединен с клеммой 1 анода, а выход соединен со входом счетчика 10 и входом формирователя 8 импульсов, выход счетчика 10 соединен со входом регистра 7, выход регистра 7 соединен со входом декодера 11, выход декодера 11 соединен с базами транзисторов 5, коллекторы которых соединены с катодами светоизлучающих кристаллов 4, аноды которых соединены между собой и подключены к клемме 1 анода, а эмиттеры транзисторов 5 соединены между собой и подключены ко входу первого усилителя 14 и к одному контакту резистора 17, другой контакт резистора 17 подключен к клемме 2 катода, выход первого усилителя 14 подключен ко входу модуля 16 сравнения и усиления, выход модуля 16 сравнения и усиления подключен к базе транзистора 3, коллектор которого подключен к клемме 1 анода, а эмиттер транзистора 3 подключен ко входу второго усилителя 15, выход второго усилителя 15 подключен ко входу модуля 16 сравнения и усиления, причем вход второго усилителя 15 подключен к одному контакту резистора 18, второй контакт резистора 18 подключен к клемме 2 катода, выход декодера 11 подключен ко входу цифро-аналогового преобразователя 13, выход цифро-аналогового преобразователя 13 подключен к модулю 16 сравнения и усиления, причем выход регистра 7 подключен ко входу модуля 12 памяти, выход формирователя 8 импульсов подключен ко входу модуля 12 памяти, выход модуля 12 памяти подключен ко входу декодера 11, выход которого подключен ко входу модуля 12 памяти, вход модуля 9 формирования напряжения питания подключен к клемме 1 анода и клемме 2 катода, а выходы его подключены к цифро-аналоговому преобразователю 13, модулю 16 сравнения и усиления, декодеру 11, модулю 12 памяти, формирователю 8 импульсов, модулю 6 компаратора, счетчику 10, регистру 7, при этом выход формирователя 8 импульсов подключен ко входу регистра 7, другой выход формирователя 8 импульсов подключен ко входу декодера 11.
Предлагаемое устройство работает следующим образом: на клеммы анод 1 - катод 2 от внешней схемы, в которую включено устройство, подается напряжение. Модуль 9 формирования напряжения питания обеспечивает кратковременное накопление энергии для поддержания работы схемы на период, не превышающий время сброса, и распределяет напряжение на ЦАП (Цифро-аналоговый преобразователь) 13, модуль 16 сравнения и усиления, декодер 11, модуль 12 памяти, регистр 7, счетчик 10, формирователь 8 импульсов, модуль 6 компаратора. Поступающее напряжение с клеммы анод 1 на вход модуля компаратора 6 оцифровывается по уровню 0,7 Вольта и подается на вход счетчика 10 и формирователя 8 импульсов. Счетчик 10 производит подсчет поступающих импульсов. При прекращении поступления импульсов на время больше 2 периодов (1 мкс.) формирователь 8 импульсов генерирует импульс загрузки регистра 7, который записывает содержимое счетчика 10 в регистр 7, в свою очередь, передавая данные на декодер 11 и те же данные, являющиеся адресом, на модуль 12 памяти. Декодер 11 производит декодирование полученной команды и в случае, если она не превышает значения N (количества светоизлучающих кристаллов), формирует управляющее напряжение на базе транзистора 5 (1…N), открывая его и зажигая включенный в его коллекторную цепь светоизлучающий кристалл 4 (1…N). Одновременно декодер 11 передает полученные из модуля 12 памяти данные на ЦАП 13, который формирует напряжение для модуля 16 сравнения и усиления. На модуль 16 сравнения и усиления с выходов усилителей 14 и 15 подаются напряжения пропорциональные токам, протекающим по резисторам 17 и 18 соответственно. Модуль 16 сравнения и усиления управляет потенциалом напряжения на базе транзистора 3 таким образом, чтобы выполнялось соотношение:
I(rl7)=I(r18)*K, где K - значение коэффициента в ячейке памяти,
таким образом, ответвляя часть тока, протекающего через светоизлучающий кристалл, пропорциональную коэффициенту в ячейке памяти, через транзистор 3, обеспечивая регулировку яркости свечения светоизлучающего кристалла.
Если при декодировании команды декодером 11 ее значение превысило значение N (количества светоизлучающих кристаллов), декодер 11 сравнивает команду с командой записи в память, и в случае совпадения передает данные, являющиеся частью команды на модуль 12 памяти. При отсутствии поступления импульсов на время больше 8 периодов (4 мкс.) формирователь 8 импульсов генерирует импульс записи модуля 12 памяти, по которому происходит запись принятого корректирующего коэффициента для выбранного светоизлучающего кристалла в соответствующую ячейку памяти.
Если при декодировании команды декодером 11 ее значение составило 0 или не совпало с командой записи в память, то декодер прекращает дальнейший прием и анализ команд до сброса схемы.
При снятии внешней схемой напряжения питания с клеммы 1 анода на время, большее, чем время сброса - 16 периодов (8 мкс.) модуль 9 формирования напряжения питания прекращает подачу напряжения питания на компоненты схемы, производя операцию сброса и переводя, таким образом, схему в исходное состояние.
Технико-экономический эффект достигается при использовании описанного устройства в аппаратуре за счет существенного сокращения в 2 и более раза количества соединений за счет уменьшения необходимого количества каналов управления индикаторами и количества силовых ключей управления, а также за счет упрощения аппаратной реализации схем управления большими матрицами светодиодов. Одновременно с этим сокращается время монтажа за счет исключения модели расстановки светодиодов, связанной с неоднородностью их яркостной сортировки.