المبادئ الفنية: أساس الطاقة-المنخفضة لشاشات الكريستال السائل.
ينشأ استهلاك الطاقة لشاشات LCD بشكل أساسي من الفئات الثلاث التالية: نظام الإضاءة الخلفية، ودائرة القيادة، وتحديث الشاشة. في الحالات التي تعمل بالبطارية، ستحتاج إلى هذه التحسينات الثلاثة: منهجية.
نظام الإضاءة الخلفية: تعتيم ديناميكي، مصدر ضوء عالي الكفاءة
أكبر مصدر طاقة لشاشة LCD هو الإضاءة الخلفية (60%-80%). تستخدم المصابيح التقليدية سطوعًا ثابتًا-، كما تقدم احتياجات الطاقة المنخفضة ما يلي:
تعتيم PWM: يصبح ساطعًا عن طريق تغيير النبض بتردد > 1 كيلو هرتز، لمنع تغيير درجة الحرارة من التعتيم التناظري. على سبيل المثال، يستخدم عداد المياه EM الذي يعمل بالبطارية مستشعر الإضاءة المحيطة مثل BH1750 للحصول على شدة الضوء في الوقت الحقيقي- ويتحكم في الضوء الخلفي- وفقًا لذلك مما يقلل من استهلاك الطاقة المُقاسة بأكثر من 40%.
مصادر إضاءة فعالة: اختر مصابيح LED منخفضة الطاقة مثل 0.2 وات/لكل منها، أو اختر مصابيح خلفية جانبية باعثة للضوء لتقليل الضوء المفقود. تستخدم بعض المعدات الفاخرة تقنية الإضاءة الخلفية Mini LED التي تقلل الطاقة المستهلكة من خلال الإضاءة التي يتم التحكم فيها بالمنطقة.
دائرة المحرك: تخزين الشحن المسبق-، والاقتران الديناميكي
يتطلب برنامج تشغيل LCD التقليدي تحديثًا مستمرًا لمكثف البكسل وبالتالي متطلبات طاقة ديناميكية عالية جدًا. تتغلب التقنية الحاصلة على براءة اختراع من Chengdu Jiutian Huaxin على الأشياء باستخدام:
التخزين المسبق -للشحن: أثناء فترة الإضاءة الخلفية للإطار الحالي، قم بتخزين إشارة البيانات في المكثفات في الأوقات التي لا تكون فيها هناك حاجة لكتابة الإشارة على الخطوط حتى لا تتسبب في فقدان تبديل التردد العالي-من خلال الكتابة سطرًا تلو الآخر.
تعويض الاقتران الديناميكي: حافظ على توازن طاقة المكثف مع طاقة إشارة الاقتران وذلك لتمكين المكثف نفسه من دفع دوران البلورة السائلة من تلقاء نفسه؛ وبالتالي انخفاض في إجمالي جهد المحرك المطلوب (+5V وصولاً إلى + 2. 5V) مما يؤدي إلى انخفاض مباشر عند المصدر في أرقام استهلاك IC.
Timing optimization: reduce pixel voltage write time from current 16. 7 μ s/line to nearly complete in parallel, extend backlight "ON" time (current 30%-40% of scan, now >70%)، زيادة السطوع بنسبة 20%-30% عن طريق توفير طاقة الإضاءة الخلفية.
تحديث العرض: النوم الذكي وتحديثات المنطقة
وضع السكون الذكي: تشتمل وحدات IC الحديثة لبرنامج تشغيل LCD (مثل ILI9341) على عدة أوضاع مختلفة للطاقة المنخفضة-. كما لو كنت تريد أن يدخل في وضع السكون بعد 30 ثانية. من التباطؤ، وقطع طاقة AVDD، وVGH/VGL، والتنبيه في تأخير أقل من 100 - 120 مللي ثانية.
تقنية التحديث الإقليمي: يتم تحديث الأجزاء التي تم تغييرها فقط، مثل الأرقام، ولا تتم إعادة رسم الشاشة بالكامل-. تم تعريف منطقة "قذرة"-. يتم قياس انخفاض أكثر من 30% في استهلاك الطاقة بهذه الطريقة.
المعلمات الأساسية: معايير التحديد لشاشات LCD-ذات الطاقة المنخفضة
في شاشات LCD للأجهزة التي تعمل بالبطارية، انتبه عند اتخاذ هذه الاختيارات:
مؤشرات استهلاك الطاقة
تيار العمل: تيار العمل في حالة وحدة TFT – LCD مقاس 3.5 بوصة، فإن تيار التشغيل العادي عادةً ما يكون حجمه قريبًا من 60 مللي أمبير عند توفيره عند 3.3 فولت. تحتاج التصميمات منخفضة الطاقة إلى مستوى أقل من ذلك؛ أقل من 20 مللي أمبير.
يجب أن يكون تيار النوم أقل من 1uA لتجنب خسائر الاستعداد.
استهلاك طاقة الإضاءة الخلفية: الإضاءة الخلفية LED هي الخيار الأمثل هنا ولن تستهلك الوحدة الواحدة أكثر من 0. 5 وات.
أداء العرض
العكس: 1000:1 التباين العالي يمكن أن يقلل من احتياجات سطوع الإضاءة الخلفية ومن ثم يوفر الطاقة.
المنظور: زاوية رؤية واسعة مثل 178 درجة من شأنها أن تقلل من عدد المرات التي يغير فيها المستخدم زوايا المشاهدة، مما يقلل من مقدار الطاقة المستخدمة للتفاعل.
الدقة: حدد بناءً على الحاجة بدلاً من التركيز على الحد الأقصى من الدقة لأنه يستهلك المزيد من محرك الأقراص -لوحدات البكسل الإضافية.
القدرة على التكيف البيئي
درجة حرارة العمل: كثيرًا ما يتم إرسال المعدات التي تعمل بالبطارية إلى الخارج ويجب أن تتحمل درجات حرارة تتراوح من -40 درجة إلى 85 درجة.
مستوى الحماية: IP68، والذي يمكن غمره في الماء لفترة طويلة، وهو ينطبق على سيناريو مراقبة جودة المياه.
الواجهة، التكامل.
نوع الواجهة اختر بين I80 الرخيص ولكن السريع أو MIPI DSI عالي السرعة ومنخفض الطاقة.
التكامل: اختر الوحدات التي تحتوي على برامج تشغيل خاصة بها حتى لا يكون هناك الكثير من الأجهزة الطرفية.
منهجية التحسين لبنية توفير الطاقة على مستوى النظام-.
تحتاج إلى تحديد شاشة LCD مناسبة منخفضة الطاقة حتى تتعاون مع التصميم بأكمله لتشكيل بنية كاملة لتوفير الطاقة:
تحسين إدارة الطاقة
Multi power rails: an external, high efficiency DC-DC boost circuit (TPS61040) is used to create the required ± 10V at >كفاءة 85% لدائرة القيادة.
تبديل الطاقة الديناميكي: قم بتبديل مسار الطاقة بناءً على حالة الشاشة، وأوقف تشغيل جميع مصادر الطاقة غير الأساسية- عندما تكون في وضع السكون.
التحكم التعاوني بالبرمجيات
تقنية تعديل التردد الديناميكي: اضبط تردد ساعة I80 تلقائيًا وفقًا للمحتويات المعروضة. أما العينة مثل النزول إلى أقل من 10 هرتز في حالة الراحة أو الارتفاع حتى حوالي 60 هرتز أثناء تحركها ولها القياس لتتمكن من إظهار القيمة الفعلية لما تم حفظه من 40٪.
خوارزمية السطوع التكيفي: قمنا ببناء جدول يربط بين كميات مختلفة من الإضاءة ونسبة معينة من السطوع (على سبيل المثال، عندما لا يكون هناك ضوء على الإطلاق، سنستخدم 10 بالمائة فقط من السطوع) بالإضافة إلى جدول يستخدم مستشعرًا محيطيًا ويغيره باستمرار لنا وفقًا للنتائج التي توصلوا إليها.
تصميم منخفض الطاقة للأجهزة-.
MCU منخفضة الطاقة: حدد MCU منخفض استهلاك الطاقة للغاية مثل Renesas RL78 / L13 وهو يسحب فقط حوالي 100μ A/Mhz من تيار العمل.
مادة منخفضة التسرب: يتم استخدام مادة ثابتة عازلة عالية مثل Al2O3 لمكثف التخزين المسبق ومكثف الإمساك من أجل تقليل الطاقة الساكنة المستهلكة.
حالة نموذجية: التحقق العملي من الطاقة من البطاريات.
الحالة 1: عداد المياه بموجة EM التي تعمل بالبطارية
عداد إمدادات المياه في المناطق الحضرية: 6 سنوات.
شاشة TFT LCD مقاس 3.5 بوصة، استهلاك طاقة الإضاءة الخلفية لشاشة LCD: 0.8 وات، تيار تشغيل شاشة LCD: 15 مللي أمبير (مصدر 3.3 فولت).
تدابير التحسين:
مع استخدام خاصية تعتيم PWM، ومستشعر الإضاءة المحيطة لتقليل استهلاك الطاقة للإضاءة الخلفية، بنسبة 45%.
تعمل دائرة القيادة المدمجة للتخزين المسبق للشحن على تقليل الطاقة المستخدمة بواسطة IC القيادة بنسبة ثلاثين بالمائة.
30 دقيقة لم يتم ضبط أي عملية للدخول في وضع السكون، تيار السكون هو 0.5μA.
تظهر نتيجة الاختبار الحقيقية أن طاقة الجهاز بالكامل انخفضت من 200 ميجاوات إلى 80 ميجاوات، ويمكنه الآن استخدام بطارياته لمدة تصل إلى ثماني سنوات الآن.
الحالة - شاشة طبية محمولة.
سيناريو التطبيق: الإسعافات الأولية في الهواء الطلق، يجب أن تعمل دون توقف لمدة 24 ساعة.
اختيار شاشة LCD: شاشة OLED مقاس 2.4-بوصة (تحل محل شاشة LCD التقليدية)، ولكنها مكلفة للغاية؛ أخيرًا اختر TFT-LCD منخفض الطاقة- مع تيار عمل يبلغ 12 مللي أمبير (مصدر طاقة 2.8 فولت).
تدابير التحسين:
استخدم تقنية التحديث الإقليمية، وقم بتحديث فقط تلك المناطق من الصورة التي تغيرت بسبب التغير في معدل ضربات القلب، والأكسجين في الدم، وما إلى ذلك.
تستخدم دائرة تشغيل الاقتران الديناميكي -المتكاملة جهودًا كهربية تم تقليل حجمها بقيمة -5 فولت إلى -3 فولت؛
وحدات 4G منخفضة الطاقة مثل Air780E لمزامنة البيانات وتقليل وضع الاستعداد لشاشة LCD.
نتيجة الاختبار الفعلي: انخفض استهلاك الطاقة للجهاز بأكمله بمقدار 150 ميجاوات، إلى 60 ميجاوات، ويلبي متطلبات الاستخدام على مدار 24 ساعة.
