城市台LED显示屏技术参数解析及三次谐波治理.pdf

78影视制作音画制作Post Production城市台LED显示屏 技术参数解析及三次谐波治理文/淄博市广播电视台 孙磊摘要：本文对 LED 显示屏的主要技术参数进行分析，对中性线电流过大的问题进行研究，通过选型设计和谐波治理，保障了 LED 显示屏的良好运行和节目制作的顺利录制。关键词：LED 显示屏；技术参数；中性线电流；谐波治理LED 显示屏在广播电视和网络视听等各个领域应用广泛，已成为不可或缺的重要设备。在为观众带来清晰生动视觉感受的同时，也为电视节目的制作提供了更多创意空间。那么，如何正确选择和使用 LED 显示屏，需要对LED 屏的各项技术参数进行深入的了解和分析。由于 LED 显示屏的面积越来越大，清晰度越来越高，导致 LED 显示屏中性线电流量过大的问题越来越突出，不仅对 LED 显示屏的正常运行造成干扰，而且对电视节目制作也会产生不利的影响。1.LED显示屏的技术参数LED 显示屏（LED displays）是以 LED 像素显示文字、图像及视频等信息的装置，通常包括 LED 屏体、显示控制系统、辅助系统等，具有画面色彩绚丽、立体感强、扩展灵活、任意拼接、不限尺寸等特点。如何根据不同场景、不同需求进行搭建，需要详细了解LED 显示屏的技术参数进行确定。1.1 像素中心间距像素中心间距（dotpitch）是指 LED 显示屏两个像素中心点相邻的距离，一般以 mm 为单位。通常所说的 P2.5、P2、P1.8 是指 LED 显示屏的像素中心间距分别为 2.5 毫米、2 毫米、1.8 毫米。LED 显示屏按像素中心间距划分类型，如大间距显示屏、中间距显示屏、小间距显示屏、超小间距显示屏等。目前，LED 79影视制作音画制作Post Production显示屏正朝着像素中心间距更小、显示屏尺寸更大的方向发展，P0.9、P0.6、P0.3 甚至更小间距产品不断涌现，以满足演播室、虚拟制作和 AR/VR 等产品应用需求。综合实践经验，根据预算条件、安装位置、屏幕大小、人眼对被观察物体的分辨极限，以及显示屏扫描方式和播放视频等条件，一般中小演播室可以选用 P2 或 P2.5，用于电视新闻演播室的显示屏像素中心间距需要在 P2 以下才能满足拍摄需求的情况。我台大剧院和 300 平米演播室采用的是 P2.5，电视新闻演播室采用的是 P1.538。1.2 分辨率分辨率是指在水平和垂直两个方向上，LED 显示屏的像素点数量。简单来说，就是横向像素点乘以纵向像素点，即 LED 显示屏的分辨率（discoveryresolution)。我台在大剧院安装了一个 103.68m2（19.2m*5.4m）的 P2.5 LED 显示屏（见图 1），在主楼大厅安装了一个45.88m2（5.12m*8.96m）的 P1.86 LED 显示屏（见图 2），则其分辨率可以通过显示屏的物理尺寸除以像素中心间距来计算，即分辨率为（19200mm/2.5mm）*（5400mm/2.5mm）=7680*2160、（5120mm/1.86mm）*（8960mm/1.86mm）=2752*4816。更高的解析力在画面上显示出更多像素点，细节表现也更加丰富。在电视演播室中，高分辨率的 LED 屏能够为摄像机的拍摄提供更宽广的视野和更高的清晰度。1.3 刷新频率与换帧频率刷新频率（refreshratio）是指 LED 显示屏信息每秒显示的次数，而换帧频率（refreshframefrequency）是指 LED 显示屏信息每秒更新的次数，两者的参数单位都是赫兹。显示稳定不闪烁的 LED 显示屏画面，频率刷新是其中的重要指标。因为 LED 发光二极管没有余晖效应，每一帧画面都会重复刷新多次，刷新频率越高，画面的闪烁感就会降低，画面的清晰度也会提高。刷新频率较低，可能会出现画面的忽闪、忽闪的抖动。这款 LED 显示屏在大剧院和主楼大堂的刷新频率为 3840Hz，可以满足使用需求。在即将发布的发光二极管（LED）显示屏通用规范新版本中，将刷新频率更换为可视刷新频率，并规定了在实际应用中可根据不同应用环境选择对应等级的 A、B、C、D、E 五个 等级。播放测试视频，该测试视频逐帧设置不同的图形，显示屏上每秒钟能够显示的图形个数就是换帧频率。Video 连贯性的一个重要指标，就是画面的变换频率。画面的连贯性越好，画面的变换就会越频繁；画面切换频率较低，极有可能出现画面闪烁的情况。我台的演播室、大剧院、主楼大堂的 LED 显示屏都采用了可以满足使用需求的 60Hz 换帧频率。2.中性线电流过大问题 通过应用场景选型，我台在大剧院安装了 103.68 m2的 P2.5LED 显示屏，在主楼大厅安装了 45.88m2 的 P1.86LED 显示屏，检测发现安装后中性线电流过大。实测数据如表 1 所示。通过数据发现，两个 LED 显示屏三相负荷基本平 图1 现场拍摄的大剧院 LED 显示屏 图2 实拍主建筑大堂 LED 显示屏效果图80影视制作音画制作Post Production衡，但是中性线上的电流分别达到了 120A 和 80A。中性线电流过大会导致电源处于超负荷工作状态，会导致电源过热、寿命降低甚至失效，显示屏上很可能会出现频繁重启甚至无法正常开机的情况。中性线电流过大还会表现为显示屏的运行异常，显示屏可能会出现闪屏、图像抖动、色彩失真等问题。这些异常将给电视节目制作带来严重影响。LED 显示屏的驱动电源是开关电源，开关电源是通过一个频率或占空比可变的脉冲信号控制开关管的通断来实现输出功率或电压的调整。开关管在开/关状态下工作，其工作频率会在输出电压中形成对应频率的交流信号，而在输出电压中会一直存在这种交流信号基波及其对应的谐波分量及其对应的谐波分量。开关电源是非线性负载，是典型的谐波源，它的谐波含量很高，波形是断续的尖峰波，它的整流电路有 3、5、7、9 等谐波电流。如图 3 所示。LED 显示屏在以谐波成分为主的奇次谐波电流中，运行时产生的 3 次谐波最大。3 次谐波电流不能在中性线上用矢量抵消绝大部分，而是完全用 360 度矢量角叠加到中性线上，造成中性线上 3 次谐波电流约为相线上的 3 倍，中性线电流就会超出相线电流而异常升高，根据 P=I2R 公式计算得出中性线上的功耗是相线上的 1.732 倍，中性线上的功耗是由于相线上中性线电流量过大，主要是谐波引起的。3.LED显示屏的谐波治理对策3.1 谐波治理技术现状 谐波处理技术分为从谐源本身抑制谐波产生的主动谐波处理技术和被动谐波处理技术；后一种方式是通过配置谐波处理装置，达到控制谐波的目的。其中无源滤波和被动式谐波治理技术是目前国内外主要讨论的方向。（1）无源滤波：无源滤波器是由电容、电感以及电阻组成的传统滤波电路，可以有效滤除特定频率，因其构造简单、成本较低、技术也较成熟，同时又可以实现无功功率补偿，在工程当中应用广泛。（2）有源过滤：有源滤波器是一种电力电子装置，对谐波进行动态抑制，对无功进行补偿。一般由电流感应装置、控制电路和变频器三部分组成。其基本原理是利用瞬时无功理论，通过高速数字信号处理器，实时检测谐波和无功电流，提取负载电流的谐波成分，控制逆变器制造相等大小、相反方向的电流注入电网中补偿或抵消谐波电流，主动消除电力谐波。有源滤波器运行原理示意图，如图 4 所示。3.2 LED显示屏的谐波治理实践 Display 开关电源为主要谐波源，应从产生谐波的源头着手，减少谐波的冲击。一种方法是在每个开关电源上做谐波抑制，也就是利用 PFC 开关电源对显示屏的驱动电源进行开关。另一种方法是将开关电源产生的谐波抑制在开关电源与电网之间，即将电源滤波器安装在显示屏的配电柜与开关电源之间，在开关电源已产生谐波的情况下，使谐波电流降低，电压降低，达到配电表1 LED显示屏实测数据LED显示屏A相电流（A）B相电流（A）C相电流（A）中性线电流（A）大剧院LED显示屏77.372.566.8120.6主楼大厅LED显示屏45.642.140.880.7 图3 谐波示意图81影视制作音画制作Post Production标准要求。有源滤波前后波形及频谱示意见图 5。我们在 LED 显示屏的电源输入端安装了有源滤波器，通过仪器实测，大剧院 LED 显示屏的中性线电流为 图4 有源滤波器运行原理示意图 图5 有波形和频谱的源滤波前后示意图7.5A，主楼大厅 LED 显示屏的中性线电流为 3.72A，将 3 次谐波电流衰减为原来的 10%以下，消除了中性线电流过大的问题。4.结束语通过对 LED 显示屏技术参数的分析和 LED 显示屏安装后中性电流过大问题的研究，LED 显示屏中性线电流过大的主要原因是谐波电流，而中性线电流越大产生的 LED 显示屏面积越大。在解决这个问题的时候，加装有源滤波器不失为一种行之有效的办法。因此，在 LED 显示屏的选型设计和维护中，需充分考虑 LED 显示屏的技术参数以及谐波电流对中性线电流的影响，并采取相应的治理措施，以确保 LED 显示屏的正常工作，保障电视节目制作安全顺利。【参考文献】1 钱明光.演播厅LED显示屏技术指标及安全性设计J.影视制作,2013,5:69-74.2 工业和信息化部电子工业标准化研究院.SJ/T 11141-2017 发光二极管(LED)显示屏通用规范S.北京:工业和信息化部,2017.3 常久举,葛岩浩,郭振坤等.有源滤波器在大规模LED灯组谐波治理中的应用J.智能建筑电气技术,2022,16(5):131-134.4 王瑞玲.电视台工艺系统有源电力滤波器的选择J.现代电视技术,2019,6:155-158.5 张全.LED显示屏供电系统中谐波电流抑制J.电子科学技术,2014,1(3):332-336.6 孙日明,陆阳.浅谈有源电力滤波器J.电子世界,2021(21),13-14.7 刘兆银.信息业务楼谐波干扰问题的探讨J.广播与电视技术,2013,5:97-99.8 北京市建筑设计标准化办公室.DBJ/T 11-626-2007 建筑物供配电系统谐波抑制设计规程S.北京:北京市规划委员会,2007.