CN102014554B - 驱动电流的调节方法及调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提出了一种驱动电流的调节方法，包括：接收上位机数据，当所述上位机数据包括驱动电流调节数据时，将所述驱动电流调节数据存储于系统内部寄存器中；从所述系统内部寄存器中读取所述驱动电流调节数据，用于控制LED灯簇的驱动电流和/或进行LED灯簇白平衡调节。本发明实施例还提出了一种驱动电流的调节装置。本发明提出的上述方案，实现上位机实时设置和调整R/G/B LED的驱动电流值，且可按照色彩偏差实时调节R/G/B LED灯簇的白平衡。通过设计R/G/B LED电流增益，依据上位机发送的R/G/B LED白平衡控制数据分别调整R、G、B三色LED的驱动电流增益，实现R/G/B LED的驱动电流值设置和白平衡调节。

Description

驱动电流的调节方法及调节装置

技术领域

本发明涉及数字通信领域，具体而言，本发明涉及驱动电流的调节方法及调节装置。

背景技术

为了使LED等显示应用材料显示出不同的亮度，得到丰富不断变幻的色彩，需要对LED灯的显示亮度进行控制。亮度的控制，通常是通过对LED驱动装置写入数据实现的。全彩LED点光源通常由R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)三种颜色LED灯簇组成，通过分别设置R/G/B LED的发光强度使R/G/B LED灯簇显示不同颜色的光。R/G/B LED灯簇用作装饰、数码和图案显示时，上位机设置R/G/B LED的不同驱动电流实现彩色输出，一种典型情况是当设置R/G/B LED灯簇发出白光时，称为R/G/B LED灯簇的白平衡状态。任何一种颜色LED的工艺偏差导致器发光效率不同，均容易打破R/G/B LED灯簇的白平衡，因此需要及时调节出现偏差的LED驱动电流，从而重新达到白平衡状态。

传统的R/G/B LED驱动结构如图1所示。虚线框内是R/G/B LED电流驱动内部功能模块，包含参考电压模块10，LED驱动电流恒流控制模块20，R_LED驱动模块31，G_LED驱动模块32，B_LED驱动模块33，R/G/B LED灯簇40，电阻RI是外接电阻。从图1可以看到，LED驱动电流由外接电阻RI设定，应用环境改变时要求调整R/G/B LED灯簇40的驱动电流，因此需要重新选择RI值来调节LED驱动电流。当电流设计完成后，通常很难随意改变外接电阻RI的大小，因此上述方法增加了LED显示应用系统成本和设计复杂度。此外，改变RI阻值无法单独调整40中的一种或两种颜色LED驱动电流值来达到LED灯簇白平衡，上述电流中三种LED灯的电流值是相等的，因此单纯调节RI的阻值导致整个R/G/B LED显示系统的颜色失真。

因此有必要提出一种有效的技术方案，对R/G/B LED灯簇的驱动电流进行有效调节控制，从而保持LED灯簇的白平衡状态。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是通过设计R/G/B LED电流增益，依据上位机发送的R/G/B LED白平衡控制数据分别调整R、G、B三色LED的驱动电流增益，实现R/G/B LED的驱动电流值设置和白平衡调节。

本发明实施例一方面提出了一种驱动电流的调节方法，包括以下步骤：

接收上位机数据，当所述上位机数据包括驱动电流调节数据时，将所述驱动电流调节数据存储于系统内部寄存器中；

从所述系统内部寄存器中读取所述驱动电流调节数据，用于控制LED灯簇的驱动电流和/或进行LED灯簇白平衡调节。

本发明实施例另一方面还提出了一种驱动电流的调节装置，包括接收模块、存储模块以及调整模块，

所述接收模块，用于接收上位机数据；

所述存储模块，用于当所述上位机数据包括驱动电流调节数据时，存储所述驱动电流调节数据；

所述调整模块，用于从所述系统内部寄存器中读取所述驱动电流调节数据，以及用于控制LED灯簇的驱动电流和/或进行LED灯簇白平衡调节。

本发明提出的上述方案，实现上位机实时设置和调整R/G/B LED的驱动电流值，且可按照色彩偏差实时调节R/G/B LED灯簇的白平衡。通过设计R/G/B LED电流增益，依据上位机发送的R/G/B LED白平衡控制数据分别调整R、G、B三色LED的驱动电流增益，实现R/G/B LED的驱动电流值设置和白平衡调节。此外，本发明提出的上述方案，实现起来简单、高效，具有很高的实用价值。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为传统R/G/B LED灯簇驱动结构示意图；

图2为本发明实施例驱动电流的调节方法的流程图；

图3为本发明实施例驱动电流的调节装置的结构示意图；

图4为R/G/B LED灯簇驱动电流调节原理示意图；

图5为R/G/B LED灯簇驱动电流调节系统示意图；

图6为R_LED电流增益调节和驱动电路结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了实现本发明之目的，本发明实施例提供了一种驱动电流的调节方法，包括以下步骤：接收上位机数据，当所述上位机数据包括驱动电流调节数据时，将所述驱动电流调节数据存储于系统内部寄存器中；从所述系统内部寄存器中读取所述驱动电流调节数据，用于控制LED灯簇的驱动电流和/或进行LED灯簇白平衡调节。

如图2所示，为本发明实施例驱动电流的调节方法的流程图，包括以下步骤：

S110：接收上位机数据中的驱动电流调节数据，并储于系统内部寄存器中。

在步骤S110中，上位机数据为控制LED的数据源，可以包括一种或多种数据，例如，包括驱动电流调节数据、控制LED灯开关的PWM数据。

当上位机数据包括控制LED灯开关的PWM数据时，系统将根据控制LED灯开关的PWM数据对LED进行显示控制，使得LED以控制LED灯开关的PWM数据指定的占空比和频率进行显示。

对于上位机数据中的驱动电流调节数据，则将驱动电流调节数据存储于系统内部寄存器中，在步骤S120中利用驱动电流调节数据进行电流调节。

S120：读取驱动电流调节数据，用于控制LED的驱动电流和/或进行LED灯簇白平衡调节。

具体而言，在步骤S120中，用于控制LED灯簇的驱动电流包括：

从驱动电流调节数据中获取驱动电流设定数据，根据驱动电流设定数据控制每一路R、G、B三色LED的电流值。

进行LED灯簇白平衡调节包括：

从驱动电流调节数据中获取白平衡控制数据，根据白平衡控制数据调节每一路R、G、B三色LED的电流增益。

更具体而言，根据白平衡控制数据调节每一路R、G、B三色LED的电流增益包括：

根据驱动电流调节数据调节每一路R、G、B三色LED的电流实现白平衡，其中，调节的每一路电流分别为：

I_{R_LED}＝D*(1+K_R)*(M*V₁/R_F+I_t)；

I_{G_LED}＝D*(1+K_G)*(M*V₁/R_F+I_t)；

I_{B_LED}＝D*(1+K_B)*(M*V₁/R_F+I_t)；

其中，D为所述控制LED灯开关的PWM数据中有效电平占空比，M为所述驱动电流设定数据的控制参数，K_R、K_G、K_B分别为所述白平衡控制数据的电流增益，V₁为内部电路对地的参考电压，R_F为内部电路设定电流的电阻，I_t为温度补偿电路的输出电流。通过调节M以及K_R、K_G、K_B这几个参数，即可实现R/G/B LED的驱动电流值设置和白平衡调节。

如图3所示，为本发明实施例驱动电流的调节装置的结构示意图，包括接收模块100、存储模块200以及调整模块300。

其中，接收模块100，用于接收上位机数据。

接收模块100接收上位机数据还包括控制LED灯开关的PWM数据，调节装置根据控制LED灯开关的PWM数据对LED进行显示控制，使得LED以控制LED灯开关的PWM数据指定的占空比和频率进行显示。

存储模块200用于当上位机数据包括驱动电流调节数据时，存储驱动电流调节数据。

调整模块300用于从系统内部寄存器中读取驱动电流调节数据，以及用于控制LED灯簇的驱动电流和/或进行LED灯簇白平衡调节。

调整模块300还包括电流设定模块310，电流设定模块310用于控制LED灯簇的驱动电流：

电流设定模块310从驱动电流调节数据中获取驱动电流设定数据，根据驱动电流设定数据控制每一路R、G、B三色LED的电流值。

调整模块300还包括电流调节模块320，电流调节模块320用于进行LED灯簇白平衡调节：

电流调节模块320从驱动电流调节数据中获取白平衡控制数据，根据白平衡控制数据调节每一路R、G、B三色LED的电流增益。

具体而言，电流调节模块320根据白平衡控制数据调节每一路R、G、B三色LED的电流增益包括：

电流调节模块320根据驱动电流调节数据调节每一路R、G、B三色LED的电流实现白平衡，电流分别为：

I_{R_LED}＝D*(1+K_R)*(M*V₁/R_F+I_t)；

I_{G_LED}＝D*(1+K_G)*(M*V₁/R_F+I_t)；

I_{B_LED}＝D*(1+K_B)*(M*V₁/R_F+I_t)；

其中，D为所述控制LED灯开关的PWM数据中有效电平占空比，M为所述驱动电流设定数据的控制参数，K_R、K_G、K_B分别为所述白平衡控制数据的电流增益，V₁为内部电路对地的参考电压，R_F为内部电路设定电流的电阻，I_t为温度补偿电路的输出电流。通过调节M以及K_R、K_G、K_B这几个参数，即可实现R/G/B LED的驱动电流值设置和白平衡调节。

本发明提出的上述方法或装置，实现上位机实时设置和调整R/G/BLED的驱动电流值，且可按照色彩偏差实时调节R/G/B LED灯簇的白平衡。通过设计R/G/B LED电流增益，依据上位机发送的R/G/B LED白平衡控制数据分别调整R、G、B三色LED的驱动电流增益，实现R/G/B LED的驱动电流值设置和白平衡调节。

为了便于理解本发明，下面结合具体的应用场景，结合具体的实现电路，对本发明上述公开的方法或装置作进一步说明。显然，下文中具体的电路元器件为示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制，例如，三极管可以为NMOS或PMOS管，电阻的个数、位置也可以根据电路的具体情况作适应性调整，只要不违背本发明的旨意，均应视为本发明的保护范围。

如图4所示，为R/G/B LED灯簇驱动电流调节原理示意图。图中，包含上位机输入数据接收和判断模块I20，R/G/B LED驱动电流开或关的PWM控制模块I28，R/G/B LED灯簇驱动电流值控制数据输入模块I21，R/G/B LED灯簇驱动电流调节数据存储模块I22，LED驱动电流值设定数据模块I23，LED白平衡控制数据模块I24，LED驱动电流值设定模块I27，R_LED电流增益控制模块I251，G_LED电流增益控制模块I252，B_LED电流增益控制模块I253，R_LED电流驱动模块I261，G_LED电流驱动模块I262和B_LED电流驱动模块I263。

上位机输入数据接收和判断模块I20接收和判断上位机发出的数据是PWM控制信号或者R/G/B LED驱动电流调节数据，PWM控制模块I28接受上位机输入数据接收和判断模块I20的PWM控制信号数据，驱动电流值控制数据输入模块I21接受上位机输入数据接收和判断模块I20的R/G/BLED驱动电流调节数据，驱动电流调节数据存储模块I22将驱动电流值控制数据输入模块I21R/G/B LED驱动电流调节数据存储于系统内部寄存器中，驱动电流值设定数据模块I23判断和接收驱动电流调节数据存储模块I22的LED驱动电流设定数据来控制I27设定R/G/B LED灯簇驱动电流。I24判断和接收驱动电流调节数据存储模块I22的R/G/B LED灯簇白平衡控制数据，I251、I252和I253依据I24的数据分别控制R、G、B三色LED的电流增益，I261、I262和I263分别产生R、G、B三色LED驱动电流。

在上述实施例中，上位机输入数据接收和判断模块I20可时时检测上位机发送的数据类型，若DATA为系统PWM控制信号，则直接将数据传送至PWM控制模块I28，PWM控制模块I28处理数据后分别产生R_LED、G_LED和B_LED驱动电流开关控制信号到I261、I262和I263；若DATA为R/G/B LED灯簇驱动电流调节数据，则传送至驱动电流调节数据存储模块I22的系统内部寄存器中进行数据更新，再由I23和I24判断和接收电流设定数据和R/G/B LED灯簇白平衡调节数据，进而控制系统产生R/G/BLED灯簇驱动电流值。如果上位机不发送R/G/B LED灯簇驱动电流调节数据，系统则按照驱动电流调节数据存储模块I22内部寄存器中的值设定R/G/B LED灯簇驱动电流。

如图5所示，为本发明的一个R/G/B LED灯簇驱动电流调节系统实例简图，系统包含参考电压模块I30，R/G/B LED灯簇驱动电流值设定数据模块I31，电压选择控制模块I32，温度补偿模块I33，运算放大器I34和I35，R/G/B LED灯簇白平衡调节数据模块I36，系统PWM控制信号模块I37，R_LED电流增益控制模块I381，G_LED电流增益控制模块I382，B_LED电流增益控制模块I383，R_LED电流驱动模块I391，G_LED电流驱动模块I392，B_LED电流驱动模块I393，产生基准电流的电阻RF，PMOS管MP1和NMOS管MN1。

I30产生与温度和电源电压无关的基准电压V₁，I31接受上位机数据处理后控制I32选择基准电压值，并传输至单位增益的运算放大器I34。I34控制电阻R_F两端电压差为V_REF，忽略电阻R_F的温度系数，电压V_REF与温度和电源电压无关，是定值。

V_REF＝M*V₁                        (1)

式(1)中参数M是上位机生成的R/G/B LED设定电流系数。

R/G/B LED工作电流较大，系统工作温度较高，典型值可达70摄氏度，电阻R_F的温度特性影响R/G/B LED驱动电流精度。电阻R_F典型温度系数是正值，即电阻值随着温度升高而增大，I30产生正温度系数电流，经I33处理后产生正温度系数电流I_t，电阻R_F的电流为：

$I_{\mathrm{REF}}=\frac{V_{\mathrm{REF}}}{R_F}+I_t---\left(2\right)$

参考电流I_REF的温度特性：

$\frac{{\∂I}_{\mathrm{REF}}}{\∂t}=V_{\mathrm{REF}}*\frac{\∂(1/R_F)}{\∂t}+\frac{{\∂I}_t}{\∂t}---\left(3\right)$

R_F的正温度系数和I_t的正温度系数可保证

等于零。

参考电流I_REF产生栅-源短接的PMOS管MP1的栅极电压Vbias，运算放大器I35将电压Vbias跟随输入至I381、I382和I383模块，控制R/G/B LED的输出电流值。I36接受上位机数据处理后输出R_LED、G_LED和B_LED增益控制参数，调节R/G/B LED灯簇的白平衡。电流增益调节后I381的输出电流I_R：

I_R＝(1+K_R)*I_REF               (4)

其中K_R是I36产生的R_LED电流增益控制系数，正、负值均可。I382和I383的输出控制电流I_G和I_B的表达式类似于(4)式，电流增益系数分别修改为K_G和K_B。

I37是上位机输出的R/G/B LED亮度控制信号，采用PWM(Pulse WidthModulation，脉宽调制)方式控制R/G/B LED灯簇的显示。I391依据电流IR，并且在I37的PWM信号调制下输出R_LED的驱动电流I_{R_LED}：

I_{R_LED}＝D*I_R                  (5)

式(5)中的参数D是PWM信号的有效电平占空比。

(1)、(2)和(4)式代入(5)中，可得系统R_LED驱动电流：

I_{R_LED}＝D*(1+K_R)*(M*V₁/R_F+I_t) (6)

G_LED和B_LED的驱动电流I_{G_LED}和I_{B_LED}如(7)和(8)式所示：

I_{G_LED}＝D*(1+K_G)*(M*V₁/R_F+I_t) (7)

I_{B_LED}＝D*(1+K_B)*(M*V₁/R_F+I_t) (8)

根据公式(6)～(8)，上位机输入R/G/B LED驱动电流调节系数M、K_R、K_G和K_B可调节R/G/B LED的不同驱动电流，实现R/G/B LED灯簇的白平衡调整。

为了进一步阐述本发明，如图6所示，为R_LED电流增益调节和驱动电路结构示意图。其中，I41是R_LED的白平衡调节模块，I42、I43和I44是开关控制模块，PMOS管MP2的栅极接图5中的I35的输出端，MP3、MP4和MP5是PMOS管，I45是运算放大器，MN2、MN3和MN4是NMOS管。

I41输出逻辑信号K1、K2和K3分别控制I42、I43和I44开关模块的工作状态，K1有效时，MP3管的栅极接电压Vbias；K1信号无效时，MP3管关闭。同样K2有效，MP4管栅极接Vbias，否则MP4关闭；K3有效，MP5管栅极接Vbias，否则MP5关闭。电流IR与图5中I381的输出电流IR含义相同，其值等于MP2、MP3、MP4和MP5的输出电流之和：

I_R＝I_MR2+K1*I_MP3+K2*I_MP4+K3*I_MP5                (9)

MP2、MP3、MP4和MP5与图5中MP1管是电流镜像关系，设置K1、K2和K3的状态以及MP2、MP3、MP4和MP5管的尺寸可实现输出电流I_R调节。

I45使MN3管的栅极和漏极电压相同，控制NMOS管MN3精确镜像MN2管的电流，产生R_LED的驱动电流I_{R_LED}。

本发明提出的上述方案，实现上位机实时设置和调整R/G/B LED的驱动电流值，且可按照色彩偏差实时调节R/G/B LED灯簇的白平衡。通过设计R/G/B LED电流增益，依据上位机发送的R/G/B LED白平衡控制数据分别调整R、G、B三色LED的驱动电流增益，实现R/G/B LED的驱动电流值设置和白平衡调节。此外，本发明提出的上述方案还包括采用温度补偿电路，能有效降低本系统在正常工作期间的温度变化对R/G/B LED驱动电流的影响。本发明提出的上述方案，实现起来简单、高效，具有很高的实用价值。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种驱动电流的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收上位机数据，当所述上位机数据包括驱动电流调节数据时，将所述驱动电流调节数据存储于系统内部寄存器中，其中：驱动电流调节数据包括：驱动电流设定数据和白平衡控制数据；

从所述系统内部寄存器中读取所述驱动电流调节数据，用于控制LED灯簇的驱动电流和/或进行LED灯簇白平衡调节；

其中，进行LED灯簇白平衡调节包括：从所述驱动电流调节数据中获取白平衡控制数据，根据所述白平衡控制数据调节每一路R、G、B三色LED的电流增益。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收上位机数据还包括：

当所述上位机数据包括控制LED灯开关的PWM数据时，根据所述控制LED灯开关的PWM数据对LED进行显示控制，使得LED以所述控制LED灯开关的PWM数据指定的占空比和频率进行显示。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用于控制LED灯簇的驱动电流包括：

从所述驱动电流调节数据中获取驱动电流设定数据，根据所述驱动电流设定数据控制每一路R、G、B三色LED的电流值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述白平衡控制数据调节每一路R、G、B三色LED的电流增益包括：

根据所述驱动电流调节数据调节每一路R、G、B三色LED的电流实现白平衡，电流分别为：

I_{R_LED}=D*(1+K_R)*(M*V₁/R_F+I_t)；

I_{G_LED}=D*(1+K_G)*(M*V₁/R_F+I_t)；

I_{B_LED}=D*(1+K_B)*(M*V₁/R_F+I_t)；

其中，D为所述控制LED灯开关的PWM数据中有效电平占空比，M为所述驱动电流设定数据的控制参数，K_R、K_G、K_B分别为所述白平衡控制数据的电流增益，V₁为内部电路对地的参考电压，R_F为内部电路设定电流的电阻，I_t为温度补偿电路的输出电流。

5.一种驱动电流的调节装置，其特征在于，包括接收模块、存储模块以及调整模块，

所述接收模块，用于接收上位机数据；

所述存储模块，用于当所述上位机数据包括驱动电流调节数据时，存储所述驱动电流调节数据，其中：驱动电流调节数据包括：驱动电流设定数据和白平衡控制数据；

所述调整模块，用于从所述系统内部寄存器中读取所述驱动电流调节数据，以及用于控制LED灯簇的驱动电流和/或进行LED灯簇白平衡调节；

其中，所述调整模块还包括电流调节模块，所述电流调节模块用于进行LED灯簇白平衡调节：所述电流调节模块从所述驱动电流调节数据中获取白平衡控制数据，根据所述白平衡控制数据调节每一路R、G、B三色LED的电流增益。

6.如权利要求5所述的调节装置，其特征在于，所述接收模块接收上位机数据还包括控制LED灯开关的PWM数据，所述调节装置根据所述控制LED灯开关的PWM数据对LED进行显示控制，使得LED以所述控制LED灯开关的PWM数据指定的占空比和频率进行显示。

7.如权利要求6所述的调节装置，其特征在于，所述调整模块还包括电流设定模块，所述电流设定模块用于控制LED灯簇的驱动电流：

所述电流设定模块从所述驱动电流调节数据中获取驱动电流设定数据，根据所述驱动电流设定数据控制每一路R、G、B三色LED的电流值。

8.如权利要求5所述的调节装置，其特征在于，所述电流调节模块根据所述白平衡控制数据调节每一路R、G、B三色LED的电流增益包括：

所述电流调节模块根据所述驱动电流调节数据调节每一路R、G、B三色LED的电流实现白平衡，电流分别为：

I_{R_LED}=D*(1+K_R)*(M*V₁/R_F+I_t)；

I_{G_LED}=D*(1+K_G)*(M*V₁/R_F+I_t)；

I_{B_LED}=D*(1+K_B)*(M*V₁/R_F+I_t)；

其中，D为所述控制LED灯开关的PWM数据中有效电平占空比，M为所述驱动电流设定数据的控制参数，K_R、K_G、K_B分别为所述白平衡控制数据的电流增益，V₁为内部电路对地的参考电压，R_F为内部电路设定电流的电阻，I_t为温度补偿电路的输出电流。

Images