Gemeinsame Kathoden-LED-Anzeige vs. gemeinsame Anode: Ein Einkaufsratgeber

Bei einem LED-Display mit gemeinsamer Kathode sind die negativen Anschlüsse (Kathoden) der roten, grünen und blauen LEDs jedes Pixels miteinander verbunden und jede Farbe wird über eine eigene Versorgungsspannung versorgt. Im Gegensatz dazu sind bei einem Display mit gemeinsamer Anode die positiven Anschlüsse (Anoden) verbunden und alle drei Farben werden über eine gemeinsame Versorgungsspannung versorgt. Da rote LEDs eine geringere Spannung benötigen als grüne und blaue, wird bei der gemeinsamen Kathodenbauweise weniger Energie in Form von Wärme verloren. Laut Texas Instruments kann die Methode mit gemeinsamer Kathode den Gesamtstromverbrauch in der Regel um 30 % bis 75 % senken und die Oberflächentemperatur des Displays um mehr als 10 Grad reduzieren. Dies geht jedoch mit teureren Treiber-ICs und einem komplexeren Stromversorgungsdesign einher.

Dieser Leitfaden richtet sich an AV-Integratoren und Projektkäufer, die Angebote vergleichen, bei denen ein Anbieter mit einer „energiesparenden Common-Cathode“-Leinwand wirbt und der andere nicht. Er erklärt die Funktionsweise der jeweiligen Bauweise, die Ursache der Einsparungen, wann diese für Ihr Projekt relevant sind und wie Sie die Angaben eines Anbieters vor der Bezahlung überprüfen können.

1. Worin besteht der Unterschied zwischen einer gemeinsamen Anode und einer gemeinsamen Kathode?

Der Unterschied liegt darin, welche Seite der LEDs gemeinsam genutzt wird und wie viele Versorgungsspannungen das Modul verwendet. Jede LED besitzt eine Anode (positiv) und eine Kathode (negativ). In einem Anzeigemodul sind die LEDs vieler Pixel in Gruppen verschaltet, sodass wenige Treiberchips Tausende davon ansteuern können.

• Gemeinsame Anode: Die Anoden sind an eine gemeinsame Versorgungsschiene angeschlossen, und der Treiber steuert den Strom jeder Farbe auf der Kathodenseite durch Absenken. Eine Schiene versorgt Rot, Grün und Blau.
• Gemeinsame Kathode: Die Kathoden sind miteinander verbunden, und der Treiber speist die einzelnen Farben von der Anodenseite aus mit Strom. Rot erhält eine eigene Niederspannungsschiene; Grün und Blau teilen sich eine höhere.

Beide Bauformen liefern ein gutes Bild. Die Architektur beeinflusst hauptsächlich Stromverbrauch, Wärmeentwicklung, Treiberkosten und Netzteilkonstruktion, weshalb sie in Anführungszeichen eher als Effizienzmerkmal denn als Merkmal der Bildqualität genannt wird.

2. Wie werden die LEDs bei den einzelnen Designs mit Strom versorgt?

01. Gemeinsame Anode: eine Schiene für alle Farben

Rote LEDs benötigen typischerweise etwa 1.8 bis 2.2 V, grüne und blaue etwa 2.8 bis 3.4 V (laut Anwendungshinweis von TI zu Displays mit schmalem Pixelabstand). Bei einer gemeinsamen Versorgungsspannung muss diese für Grün und Blau ausreichend hoch sein. Der rote Kanal erhält die gleiche Spannung, und der Überschuss wird über den Treiber als Wärme abgeführt. Die gemeinsame Anode war traditionell die bevorzugte Wahl, da ihre stromsenkenartige Treiberstruktur kostengünstiger herzustellen ist.

02. Gemeinsame Kathode: eine Schiene für jeden Bedarf

Ein LED-Display mit gemeinsamer Kathode verwendet Source-Treiber und zwei separate Versorgungsspannungen, eine für Rot und eine für Grün und Blau. Jede Farbe erhält eine Spannung, die ihrem Bedarf näher kommt, wodurch weniger Energie verschwendet wird. TI merkt an, dass Treiber mit gemeinsamer Kathode genau aus diesem Grund immer beliebter werden, obwohl die Source-Treiber-Architektur teurer ist. Einige Treiber-ICs, wie beispielsweise der LP5891 von TI, basieren auf dieser Architektur und unterstützen separate Versorgungsspannungen für die roten, grünen und blauen LEDs.

3. Warum spart ein LED-Display mit gemeinsamer Kathode Energie?

Eine LED-Anzeige mit gemeinsamer Kathode spart Energie, da die roten LEDs nicht mehr von einer für grüne und blaue LEDs ausgelegten Schiene versorgt werden müssen. Bei gleichem Strom ist die vom Treiber erzeugte Wärme proportional zur zu verarbeitenden Spannung. Durch die Absenkung der Spannung für die roten LEDs wird dieser Verlust direkt reduziert.

Im obigen Beispiel wird eine rote LED mit einer Vorwärtsspannung von 2.0 V in einer Schaltung mit gemeinsamer Anode von einer gemeinsamen 3.8-V-Schiene versorgt, wodurch der Treiber 1.8 V absinken lässt. Mit einer 2.8-V-Schiene für Rot sinkt die Spannung des Treibers nur noch um 0.8 V, was bei gleichem Strom zu einer um etwa 56 % geringeren Wärmeentwicklung auf diesem Kanal führt. Die tatsächliche Energieeinsparung für einen gesamten Bildschirm hängt von den Schienenspannungen, dem Scan-Design, dem Inhalt und der Helligkeit ab, weshalb die veröffentlichten Werte stark variieren.

Laut der Anwendungsbeschreibung von TI kann die Common-Cathode-Technologie den Gesamtstromverbrauch in der Regel um 30 % bis 75 % senken, die Displayoberflächentemperatur um mehr als 10 Grad reduzieren und eine bessere Farbhomogenität sowie eine längere LED-Lebensdauer erzielen. Diese Angaben sollten Sie als Branchenreferenz und nicht als Garantie für ein bestimmtes Display betrachten: Fragen Sie nach Messwerten für das von Ihnen gekaufte Modell. Geringere Wärmeentwicklung ist nicht nur für die Stromkosten wichtig, sondern auch für die Lebensdauer von LED-Displays, da die Temperatur einer der Hauptfaktoren für deren Lebensdauer ist.

4. LED-Anzeige mit gemeinsamer Kathode vs. LED-Anzeige mit gemeinsamer Anode: Ein direkter Vergleich

TI veröffentlicht außerdem eine separate Applikationsschrift zu Stromversorgungslösungen für Common-Cathode-Displays, die Themen wie Stromsenkung und Anlaufverhalten behandelt. Dies verdeutlicht, dass die Einsparungen vom gesamten Design abhängen und nicht nur von der Modulbezeichnung. Informationen zur Dimensionierung der Netzteile finden Sie auf unserer Schwesterseite im Leitfaden zur Auswahl von LED-Display-Netzteilen.

5. Wann ist eine gemeinsame Kathode für Ihr Projekt relevant?

Dies ist besonders relevant, wenn ein Bildschirm viele Stunden in Betrieb ist, eine hohe Leuchtkraft aufweist oder nur wenig Platz zur Wärmeabfuhr hat. In diesen Fällen kann ein LED-Display mit gemeinsamer Kathode die Betriebskosten, den Kühlbedarf und die Belastung der Komponenten über die gesamte Lebensdauer des Bildschirms reduzieren.

• Lange tägliche Arbeitszeiten: Bildschirme im Einzelhandel, Transportwesen und in Kontrollräumen, die 12 bis 24 Stunden am Tag laufen, machen aus einer prozentualen Einsparung eine reale jährliche Kostenersparnis. Unser Leitfaden dazu Stromverbrauch des LED-Bildschirms zeigt, wie man Watt in Betriebskosten umrechnet.
• Feingeraden Innenwände: Mehr LEDs und Treiber pro Quadratmeter bedeuten mehr Wärme auf derselben Fläche. Daher trägt ein Design mit geringerer Wärmeentwicklung zu einer gleichmäßigeren Ausleuchtung und mehr Komfort für die Betrachter bei.
• Geschlossene oder lüfterlose Installationen: Bei zurückgesetzten Wänden, Kiosken und geschlossenen Schränken ist die Kühlung begrenzt, daher ist eine geringere Wärmeabgabe von Vorteil.
• Große Außenbildschirme: Hohe Helligkeit und lange Betriebsdauer vervielfachen die Einsparungen, wobei Außenkonstruktionen auch von der Effizienz der Stromversorgung und der Kühlung abhängen.

Bei Leinwänden, die nur wenige hundert Stunden im Jahr genutzt werden, oder kleinen Leinwänden mit geringen Betriebskosten spielt dies eine weniger wichtige Rolle. Hier sind Anschaffungspreis, Gewicht, Servicezugänglichkeit und Ersatzteilverfügbarkeit in der Regel ausschlaggebend.

6. Wie überprüft man die Angaben zu LED-Displays mit gemeinsamer Kathode?

Ein Etikett allein beweist wenig: Die Bezeichnung „LED-Display mit gemeinsamer Kathode“ sagt nichts darüber aus, wie viel es tatsächlich spart. Verlangen Sie Nachweise, die einen Vergleich der Angebote auf derselben Grundlage ermöglichen.

1. Treiber-IC-Modell und Datenblatt. Im Datenblatt ist angegeben, ob es sich um einen Treiber vom Typ „Common Cathode“ handelt und wie die Stromversorgung erfolgt.
2. Schienenspannungen. Erfragen Sie die Spannungen der roten und grünen/blauen Schiene sowie das Netzteilmodell für jeden Schrank.
3. Gemessene Leistung bei gleicher Helligkeit. Vergleichen Sie die durchschnittliche und maximale Leistung pro Quadratmeter bei gleicher Helligkeit und gleichem Testinhalt, nicht die Maximalwerte aus den Datenblättern mit den Durchschnittswerten.
4. Temperaturdaten. Fragen Sie nach der Oberflächen- oder Modultemperatur während der Alterungstests bei der Helligkeit, die Sie verwenden möchten.
5. Bildeinstellungen. Aktualisierungsrate bestätigen und Graustufen Die Leistung bleibt unverändert, die Einsparung resultiert also nicht aus einer dunkleren oder qualitativ minderwertigeren Einstellung.

Häufig gestellte Fragen

Ist ein LED-Display mit gemeinsamer Kathode heller?

Nicht unbedingt. Die Helligkeit hängt von den LEDs, dem Ansteuerstrom und der Kalibrierung ab. Die gemeinsame Kathodenschaltung reduziert den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung bei gleicher Helligkeit; sie erhöht die Bildschirmhelligkeit jedoch nicht automatisch.

Verbessert eine gemeinsame Kathodendiode die Bildqualität?

Indirekt, höchstens. TI bringt die niedrigere Betriebstemperatur mit besserer Farbhomogenität und längerer LED-Lebensdauer in Verbindung. Bildwiederholfrequenz, Graustufen und Kalibrierung hängen weiterhin vom Treiber-IC, dem Steuerungssystem und den Einstellungen ab.

Kann eine Schaltung mit gemeinsamer Anode in eine Schaltung mit gemeinsamer Kathode umgewandelt werden?

Nein. Die Architektur wird durch die Modulplatine und die Treiber-ICs festgelegt. Eine Änderung erfordert andere Module und in der Regel auch andere Netzteile.

Warum ist ein herkömmlicher Kathodenbildschirm teurer?

Die Treiber-ICs vom Source-Typ sind teurer als die vom Senken-Typ, und die Split-Rail-Stromversorgung erfordert zusätzliche Bauteile. Ob sich das rechnet, hängt von den Betriebsstunden, der Helligkeit und den lokalen Stromkosten ab.

Ein vergleichbares Angebot einholen

Der fairste Weg, ein LED-Display mit gemeinsamer Kathode mit einem mit gemeinsamer Anode zu vergleichen, ist der Vergleich der gemessenen Leistungsaufnahme bei gleicher Helligkeit, Größe und Betriebsdauer. Wenn Sie ein Angebot anfordern, geben Sie bitte die Bildschirmgröße, den Pixelabstand, den Einsatzort (innen oder außen), die gewünschte Helligkeit und die tägliche Betriebsdauer an. Fragen Sie außerdem nach dem Treiber-IC, den Versorgungsspannungen sowie der gemessenen durchschnittlichen und maximalen Leistungsaufnahme des angebotenen Modells. EagerLED Anschließend können die voraussichtlichen Betriebskosten angezeigt und eine Konfiguration empfohlen werden, die zu Ihrem Budget passt. Senden Sie uns Ihre Projektdetails um zu starten.