CN101609636A

CN101609636A - 向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法

Info

Publication number: CN101609636A
Application number: CNA2009100409440A
Authority: CN
Inventors: 王前; 李韬; 贺前华
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2029-07-08
Also published as: CN101609636B

Abstract

本发明提供一种向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，首先将一具有计算、移位及减法功能且能接收外部数据的处理器与一能产生PWM信号的脉宽调制信号产生单元相连接，然后由处理器根据外部输入的亮度值和表示最大亮度的调光亮度初始值计算当前的调光亮度值，接着再根据预设的用于表示负载调光亮度值的二进制数据的总位数，计算出在二进制数据中为1的数据位数目，然后采用移位及减法操作获得为1的数据位在二进制数据中的平均分布方式，进而形成用于表示当前调光亮度值的、且为1的数据位平均分布的二进制亮度数据，并由脉宽调制信号产生单元根据功率管的要求生成相应高频平均脉宽调制信号，以驱动功率管，此法简单实用。

Description

向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法

技术领域

本发明涉及一种脉宽调制信号产生方法，特别涉及一种向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法。

背景技术

众所周知，人眼对光强的感受是非线性的，即在弱光时，实际光强增加一倍，人眼的感觉光强增强多于一倍；在强光时，实际光强增加一倍，人眼的感觉光强增强却不足一倍，因此需要进行亮度非线性处理，使肉眼感受到均匀的灰度变化。因此为保证LED大屏幕色彩完整还原，必须进行反伽玛校正，经过校正以后，使它的电-光转换特性与CRT相近，经灰度校正后的显示画面会显得纹理清晰，层次感强，亮度柔和，明暗过渡平缓。

由于人眼对光的感觉是非线性的，而LED的特性曲线是基本线性的，因此必须调整LED显示屏的变换函数，另一个调整变换函数的原因是摄像机固有的Gamma特性为0.45，图像是通过CRT的Gamma值来校正的，大约为2.2-2.5，各国电视标准略有不同。当Gamma值小于1时，画面会对比度失调，表现为缺乏层次感。

市面上通常是8位LED显示系统，在此系统中输入是8位的三原色信号(即红绿蓝)，输出是离散的红绿蓝8位或10位信号。在典型的8位系统中，0表示黑，255表示白，其它颜色在1到254之间。在LED等数字化的系统中，如果Gamma值使用3.0较低灰度范围，可见的色彩数量减少了，许多相近的灰度合并了，即某一范围的输入信号被放到同一输出值上，这种色彩的损失不会在CRT上表现出来，因为CRT的信号是模拟的，0-255存在无数级。显然，为了在LED显示系统中更好的还原原始图像，所以系统必须拥有更大深度的数据处理能力。为此，现今常选择每种颜色有4096个灰度表现。然而，对于向LED负载供电的开关电源电路，其功率管的开关频率若为100K，采用4096级灰度，则在LED负载上形成频率为100K/4096≈25Hz的低频波，如果需要对此低频波进行滤波，采用如图1所示的滤波电容，则滤波电容的阻抗要非常小，即

，相应电容值C要非常大，即电容的体积要非常大，这在实际实现中非常困难。

为了解决上述问题，在申请号为01807359.X中国专利中，提出了一种通过在整段时间内分布PWM脉冲来驱动数字显示器的方法和装置，其通过把时间T内的脉冲所需长度处理成分布于该时间期间内的一系列脉冲，即形成高频平均脉冲。由其背景技术可见，其是预先由EPROM存储T/2，T/4，T/8...T/2^n的8种占空比脉冲波形，实质上是存储它们的数字形式，T/2的数字形式为01010101....01(共256位)；占空比为1/4(即T/4)，则数字形式为000100010001.....0001(共256位)......，当需要某一占空比时，则将所存储的占空比进行组合，例如，当需要的占空比为5T/8时，由T/2+T/8＝5T/8组合形成。但是，由于EPROM价格昂贵，所以该专利提出一改进方法，即由逻辑器件产生不同占空比的脉冲信号，然后根据需要将产生的脉冲信号进行组合以获得所需的高频平均脉冲，如此可避免采用EPROM，有效降低成本。

然而，上述专利中所公开的技术，都是通过组合的方式来形成高频平均脉冲，无论是采用EPROM预先存储占空比脉冲，还是采用逻辑器件产生用于组合的单脉冲，在理论上是可以实现组合的无限可能性，但在实际应用中，考虑到成本等因素，往往只是进行有限的组合，如此难以实现真正意义上的平均，同时也难免会影响到精度。

由上所述，如何提供一种操作简便且真正平均的PWM脉冲以利于滤波，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单实用的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，包括步骤：1)将一具有计算、移位及减法功能且能接收外部数据的处理器与一能产生脉宽调制信号的脉宽调制信号产生单元相连接；2)所述处理器根据外部输入的所述负载当前需要显示的亮度值和表示最大亮度的调光亮度初始值计算所述负载当前的调光亮度值；3)所述处理器根据所计算出的当前调光亮度值及预设的用于表示所述负载的调光亮度值的二进制数据的总位数，计算出在二进制数据中为1的数据位数目，然后对所述为1的数据位数目，采用移位及减法操作获得为1的数据位在二进制数据中的平均分布方式，进而形成用于表示当前调光亮度值的、且为1的数据位平均分布的二进制亮度数据；以及4)所述处理器将形成的二进制亮度数据输入所述脉宽调制信号产生单元，所述脉宽调制信号产生单元根据所述功率管的要求及所述二进制亮度数据生成相应高频平均脉宽调制信号，以驱动所述功率管。

其中，所述功率管为开关恒流源电路中的功率管，所述开关恒流源电路用于驱动能发光的负载，较佳的，所述负载为LED。

较佳的，所述移位操作为右移。

较佳的，所述总位数为4096位。

较佳的，所述功率管控制信号产生单元为复杂可编程逻辑器件。

较佳的，所述处理器为具有总线接口的单片机，其通过总线接收外部数据。

较佳的，所述高频平均脉宽调制信号的周期为微秒级。

综上所述，本发明的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法通过简单的移位及减法操作即可获得高频平均脉宽调制信号，方法简单实用，尤其适用于需要通过滤波来避免闪光的发光负载。

附图说明

图1为现有LED滤波电路图。

图2为本发明的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法所应用的开关恒流源电路示意图。

图3为本发明的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法的操作流程示意图。

图4为本发明的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法中形成为1的数据位平均分布的二进制数据的流程示意图。

图5为本发明的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法中所形成的二进制数据结构示意图。

具体实施方式

以下将通过具体实施例来对本发明的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法进行详细说明。

请参阅图2，其为本发明所应用的开关恒流源电路示意图，其包括受PWM信号控制的功率管(T2)1，与所述功率管相连接的负载LED3、以及采样电阻4，为了滤波，还设置有与负载相并联的滤波电容6，此外，还设有与负载3相连接用于检测过流信号的光耦7，与负载3及功率管1相连接的电感2，与电感2和光耦7相连接的续流二极管5。

在所述开关恒流源电路中，当功率管1的栅极输入PWM信号时，当PWM信号为高电平时，功率管1闭合，电源通过功率管1向负载LED供电，当PWM信号为低电平时，功率管1断开，由电感2通过续流二极管5向负载LED供电，随着PWM信号的占空比的不同，可对负载LED的亮度进行控制。此外，通过滤波电容6对负载LED端的高频滤波，可在负载LED上得到一个直流电流，从而可从根本上解决负载LED高频闪烁的问题。

请参见图3，为向所述开关恒流源电路的功率管提供高频平均PWM信号，本发明的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法主要包括以下步骤：

第一步：将一具有计算、移位及减法功能且能接收外部数据的处理器与一能产生脉宽调制信号的脉宽调制信号产生单元相连接。例如，将一具有计算、移位及减法功能、且有总线接口的单片机与一复杂可编程逻辑器件(即CPLD)相连接，由于其连接方式已为本领域技术人员所熟悉，故在此不再详述。

第二步：所述处理器根据所述负载当前需要显示的亮度值和表示最大亮度的调光亮度初始值计算所述负载当前的调光亮度值。在本实施例中，可由处理器根据负载3的电流由0上升至过流值(即光耦由0跳变为1)时所需要的时间、负载3的过流值、及负载3的额定电流值来确定所述调光亮度初始值，例如，若处理器记录的时间为X1，负载3的过流值为350mA，额定电流值为300mA，则所述调光亮度初始值即为：X1*300/350，而当需要显示的亮度值为Y时，所述处理器计算出的当前的调光亮度值即为：(X1*300/350)*Y。

第三步：所述处理器根据所计算出的当前调光亮度值及预设的用于表示所述负载的调光亮度值的二进制数据的总位数，计算出在二进制数据中为1的数据位数目，然后对所述为1的数据位数目，采用移位及减法操作获得为1的数据位在二进制数据中的平均分布方式，进而形成用于表示当前调光亮度值的、且为1的数据位平均分布的二进制亮度数据。在本实施例中，采用4096位数据来表示负载3的亮度。例如，当计算出的当前调光亮度值为0.002197时，由于9/4096＝0.002197，故所述单片机计算出为1的数据位的数目为9，然后，所述单片机对1001进行移位(例如右移)后，变为0100，然后进行减法操作，即1001-0100＝0101，由此可知在4096位的二进制亮度数据中，前2048位中有0100个为1的数据位，后2048位中有0101个为1的数据位，接着再对0100和0101分别进行右移和减法操作，可知每1024位中有0010个为1的数据位，接着再对各0010进行移位，由此可知每512位中有1个为1的数据位，如图4所示，进而可形成相应的表示当前调光亮度值的平均分布的二进制数据，如图5所示。

第四步：所述处理器将形成的二进制亮度数据输入脉宽调制信号产生单元(即CPLD)，所述脉宽调制信号产生单元根据所述功率管的要求及所述二进制亮度数据生成相应高频平均脉宽调制信号(即PWM信号)，以驱动所述功率管(即功率管1)。在本实施例中，所述脉宽调制信号产生单元产生的是微妙级的高频平均脉宽调制信号。

综上所述，本发明的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法通过简单的移位及减法操作即可形成为1的数据位真正平均分布的二进制亮度数据，进而生成高频平均PWM信号以驱动相应的功率管，此法简单实用，尤其对于需要通过滤波来消除闪烁感的LED负载。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，其中，所述功率管为开关恒流源电路中的功率管，所述开关恒流源电路用于驱动能发光的负载，所述向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法的特征在于包括步骤：

1)将一具有计算、移位及减法功能且能接收外部数据的处理器与一能产生脉宽调制信号的脉宽调制信号产生单元相连接；

2)所述处理器根据外部输入的所述负载当前需要显示的亮度值和表示最大亮度的调光亮度初始值计算所述负载当前的调光亮度值；

3)所述处理器根据所计算出的当前调光亮度值及预设的用于表示所述负载的调光亮度值的二进制数据的总位数，计算出在二进制数据中为1的数据位数目，然后对所述为1的数据位数目，采用移位及减法操作获得为1的数据位在二进制数据中的平均分布方式，进而形成用于表示当前调光亮度值的、且为1的数据位平均分布的二进制亮度数据；

4)所述处理器将形成的二进制亮度数据输入所述脉宽调制信号产生单元，所述脉宽调制信号产生单元根据所述功率管的要求及所述二进制亮度数据生成相应高频平均脉宽调制信号，以驱动所述功率管。

2.如权利要求1所述的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，其特征在于：所述移位操作为右移。

3.如权利要求1所述的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，其特征在于：所述总位数为4096位。

4.如权利要求1所述的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，其特征在于：所述高频平均脉宽调制信号的周期为微秒级。

5.如权利要求1所述的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，其特征在于：所述功率管控制信号产生单元为复杂可编程逻辑器件。

6.如权利要求1所述的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，其特征在于：所述处理器为具有总线接口的单片机，其通过总线接收外部数据。

7.如权利要求1所述的向功率管提供高频平均脉宽调制信号的方法，其特征在于：所述负载为LED。