CN102076146B - 数字调光装置与数字调光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数字调光装置与调光方法，用以控制多个发光元件通道。本发明所提出的数字调光方法，包含：产生多个驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；接收具有一占空比的脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同；以及以该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止对应的驱动讯号。

Description

数字调光装置与数字调光方法

技术领域

本发明涉及一种数字调光装置与调光方法，特别是指一种能确保多串发光元件的发亮时间均匀分布的数字调光装置与调光方法。

背景技术

在控制发光元件(例如发光二极管，LED)的电路中，经常需要提供调整亮度(dimming)的功能。当需要控制的为多串发光元件时，现有技术调整亮度的方式有两种，第一种如图1，以同一调光控制讯号来调整所有发光元件串的亮度，第二种如图2，以不同的调光控制电路来分别调整各发光元件串的亮度。详言之，在图1所示的第一种现有技术中，发光元件控制电路包含一个功率级控制电路21，控制功率级电路22中功率晶体管的切换，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout，供应给多个LED通道CH1-CHn。功率级电路22例如但不限于可为图3A-3G所示的同步或异步降压、升压、升降压、反压、返驰电路。其中，若功率级电路22为图3G所示的返驰电路，则通常将功率级控制电路21与调光控制电路23分别整合于不同集成电路之内；在其它情况下，则可将功率级控制电路21与调光控制电路23整合至同一集成电路内。在此种现有技术中，调光控制电路23提供同一调光控制讯号给所有LED通道CH1-CHn，同步控制各通道路径上的晶体管Q1-Qn。此种现有技术的代表例可参阅美国专利US 7471287。

在图2所示的第二种现有技术中，则是以不同的调光控制电路23A，23B，23N来分别调整各发光元件串的亮度。此种现有技术的代表例可参阅美国专利公开案US 2009/0134817。

然而，若以同一调光控制讯号来同步控制所有发光元件串的亮度，因所有发光元件的明暗周期完全一致，将会造成输出端电压与电流的较大波动(ripple)，且闪烁情况也较严重。较佳安排方式是使各串发光元件依序轮流发亮，将各串发光元件的发亮时间均匀分布。若个别控制各发光元件串的亮度，虽能使各串发光元件的明暗周期各自独立，但并不能确保各串发光元件的发亮时间均匀分布。

此外，数字调光讯号的频率约在60～500Hz的范围，但在某些应用场合中，无法供应这么低频的讯号。

有鉴于此，本发明提出一种数字调光装置与调光方法，以解决发亮时间均匀性的问题，并能接收各种频率的调光讯号输入。

发明内容

本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种数字调光装置。

本发明的另一目的在于，提出一种调光方法。

为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种数字调光装置，用以控制多个发光元件通道，其包含：驱动讯号产生电路，其产生驱动讯号；多个驱动电路，根据该驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；以及移相电路，其接收具有一占空比的脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同，其中，该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止驱动电路的输出，其占空比决定该多个发光元件通道上的平均电流。

上述数字调光装置可更包含一频率转换电路，其接收具有第一频率的调光输入讯号，产生具有第二频率的上述脉宽调变输入讯号，传送给上述移相电路。

就另一个观点言，本发明提供了一种数字调光方法，用以控制多个发光元件通道，包含：产生多个驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；接收具有一占空比的脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同；以及以该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止对应的驱动讯号。

上述数字调光方法中，可更包含频率转换步骤，其接收具有第一频率的调光输入讯号，根据之产生具有第二频率的上述脉宽调变输入讯号。

上述数字调光装置与方法中，可通过以下方式达成移相，产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号：记录脉宽调变输入讯号的脉宽；记录脉宽调变输入讯号的周期；将所记录的周期除以发光元件通道的数目而产生一商值；以及根据所记录的脉宽、及所产生的商值，而产生前述多组脉宽调变输出讯号，其中各脉宽调变输出讯号的周期始点分别相差该商值。

上述数字调光装置与方法中，可通过以下方式达成第一与第二频率的转换：记录调光输入讯号的高位准脉宽；将该高位准脉宽乘以m倍或除以m，其中m为第二频率与第一频率的比值；记录调光输入讯号的低位准脉宽；将该低位准脉宽乘以上述m倍；以及根据m倍或除以m的高、低位准脉宽数据，而产生前述具有第二频率的脉宽调变输入讯号。

上述数字调光装置与方法中，亦可通过以下方式达成第一与第二频率的转换：产生与前述第一频率接近的操作频率，及产生前述第二频率；以上述操作频率，记录调光输入讯号的高位准脉宽；以上述操作频率，记录调光输入讯号的低位准脉宽；以及以前述第二频率，根据上述高、低位准脉宽资料，而产生前述脉宽调变输入讯号。

下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1说明现有技术的发光元件控制电路，其缺点是各串发光元件的发亮时间并非均匀分布；

图2显示另一种现有技术，其同样有上述缺点；

图3A-3G显示功率级电路22的数个实施例；

图4显示本发明的一个实施例；

图5显示本发明的另一实施例；

图6显示移相电路的实施例；

图7举例说明移相电路所产生的输出波形；

图8显示频率转换电路的一个实施例；

图9举例说明图8频率转换电路的输入与输出波形；

图10显示频率转换电路的另一个实施例；

图11举例说明图10频率转换电路的输入与输出波形。

图中符号说明

21             功率级控制电路

22             功率级电路

23，23A-23C    调光控制电路

30             数字调光装置

31             频率转换电路

311            高位准记录电路

312            乘法电路或除法电路

313            低位准记录电路

314            乘法电路或除法电路

315            震荡器(OSC)

316                讯号产生器

35                 移相电路

351                脉宽记录电路

353                周期记录电路

355                除法电路

357                调光控制讯号产生器

37                 发光二极管(LED)驱动讯号产生电路

39                 驱动电路

CH1-CHn            LED通道

CS1-CSn            电流源电路

IC1-ICn，QC1-QCn   控制讯号

Q1-Qn              晶体管

具体实施方式

本发明的数字调光装置或数字调光方法产生多组相位错开的脉宽调变讯号，以控制使不同通道的发光元件轮流发亮，因此使发亮时间得以均匀分布。请参考图4，其中显示本发明的第一个实施例。本实施例中，数字调光装置30包含移相电路35、发光二极管(LED)驱动讯号产生电路37、多个驱动电路39(图中仅绘示其一)，此外并可视需要而另包含频率转换电路31。当调光输入讯号的频率不落在适当的范围(例如60～500Hz)内时，不论其过低或过高，频率转换电路31可接收调光输入讯号，将其转换为适当的频率，而保持讯号的占空比(duty ratio)不变。有关频率转换电路31的细节，将于后文再行详述。若调光输入讯号的频率已落在适当的范围内，则毋须设置频率转换电路31。

LED驱动讯号产生电路37通过驱动电路39产生n个驱动讯号QC1-QCn，控制各对应LED通道CH1-CHn中的晶体管Q1-Qn的栅极，以决定当晶体管Q1-Qn导通时，各LED通道CH1-CHn上的电流量。移相电路35根据调光输入讯号、或根据频率转换电路31的输出，而产生n个具有相位差的调光控制讯号1～n，其数目与LED通道数目对应。调光控制讯号1～n为数字方波讯号，当其为高位准时使能(enable)驱动电路39，低位准时则禁止(disable)驱动电路39的输出。换言之，调光控制讯号1～n的占空比(duty ratio)决定各对应LED通道CH1-CHn的平均电流，亦即各LED通道上的LED的平均亮度。有关移相电路35的细节，将于后文再行详述。

图5显示本发明的另一实施例，在本实施例中，LED驱动讯号产生电路37通过驱动电路39产生n个驱动讯号IC1-ICn，控制各对应LED通道CH1-CHn中的电流源CS1-CSn，而非控制晶体管Q1-Qn的栅极。此方式同样也可达成与前一实施例相同的功能。

图6举例说明移相电路35的结构。在本实施例中，移相电路35包含脉宽记录电路351、周期记录电路353、除法电路355、及调光控制讯号产生器357。当移相电路35接收到调光输入讯号时(直接接收或经由频率转换电路31转换频率后接收)，脉宽记录电路351记录该调光输入讯号的高位准脉宽，并以数字资料的形式传送给调光控制讯号产生器357。另方面，周期记录电路353记录调光输入讯号的周期长度T，而除法电路355则将所记录的周期长度T除以n，并将数字资料(T/n)传送给调光控制讯号产生器357，其中n对应于发光元件的通道数目。调光控制讯号产生器357根据高位准脉宽与数字资料(T/n)，即可复制产生多组相位错开的调光控制讯号1～n。

以上内容参阅图7的实例，当可更易明白，本例中假设n(通道数目)＝4，则移相电路35所产生的调光控制讯号1～n，其周期的始点分别相差T/4，但高位准脉宽则完全相同。

以上说明是从便于了解的角度来说明，事实上，由于调光输入讯号本身即为具有正确占空比的脉宽调变讯号，因此移相电路35可以仅产生(n-1)组调光控制讯号电路2～n，而整体电路可以调光输入讯号来作为第1组调光控制讯号1，不需要经过移相电路35的处理。在本发明的教示下，本领域技术人员当可自行推演出各种枝节变化。

以下举两例说明频率转换电路31的实施方式。如前所述，数字调光装置所接收的调光输入讯号，其频率不一定位在合适的范围内，频率转换电路31的作用便是将高频的调光输入讯号予以除频，或将低频的调光输入讯号予以倍频，以产生合适频率而占空比不变的调光讯号。

请先参阅图8，本实施例中的频率转换电路31包含高位准记录电路311、乘法电路或除法电路312、低位准记录电路313、乘法电路或除法电路314、及讯号产生器316。当频率转换电路31接收频率为F1的调光输入讯号时，高位准记录电路311记录该调光输入讯号的高位准脉宽，且低位准记录电路313记录该调光输入讯号的低位准脉宽。视需要倍频或除频而定，乘法电路或除法电路312、314分别将所记录的高、低位准脉宽乘以m倍或除以m，其中m表示调光输入讯号的频率F1与所欲产生的调光讯号的频率F2间的比值，亦即m＝F2/F1(当调光输入讯号频率低于合适范围时)或F1/F2(当调光输入讯号频率高于合适范围时)。讯号产生器316根据乘法电路或除法电路312、314所输出的高、低位准脉宽数据，即可组合产生频率为F2的调光讯号。

以上内容参阅图9的实例，当可更易明白，本例中假设F2＝(1/2)F1，亦即电路312、314采用除法电路，且m＝2。讯号产生器316将两倍脉宽的高、低位准讯号组合，即产生图中所示的调光讯号，此讯号可作为图6中的调光输入讯号。

图10显示频率转换电路31的另一实施例，本实施例中频率转换电路31包含高位准记录电路311、低位准记录电路313、震荡器(OSC)315、及讯号产生器316。在本例中调光输入讯号的频率为F0，输出的调光讯号的频率为F3，其间所欲达成的转换比率举例而言为1/2，(F3/F0＝1/2)。震荡器(OSC)315产生F1和F2两种高频的取样频率，其频率远高于调光输入讯号的频率F0，且频率F1、F2之间的比率与频率F0、F3之间的比率相同，亦即F2/F1＝1/2。高、低位准记录电路311、313在震荡器(OSC)315所产生的频率F1之下操作，而讯号产生器316震荡器(OSC)315所产生的频率F2之下操作。与前例相似地，高、低位准记录电路311、313分别记录调光输入讯号的高、低位准脉宽，并将数字资料传送给讯号产生器316；讯号产生器316组合高、低位准脉宽资料而产生输出。但由于讯号产生器316的工作频率为F2，是频率F1的一半，因此其所输出的调光讯号频率F3亦为调光输入讯号频率F0的一半，请参阅图11。

如前所述，频率转换电路31将调光输入讯号转换为相同占空比而频率在适当范围的讯号，以使电路可根据适当范围的讯号来进行调光控制。需说明的是，此种频率转换不限于应用在多通道LED的场合，亦可应用在单串LED的场合。在控制单串LED的场合，请参阅图4与5，此时数字调光装置30中毋须设置移相电路35，而仅需设置频率转换电路31、单一LED驱动讯号产生电路37、和单一驱动电路39。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，各实施例中假设以讯号高位准脉宽来决定发光元件的发亮时间，但当然也可改为以讯号低位准脉宽来决定发光元件的发亮时间；又如，发光元件不必须是发光二极管，而可为任何以电流控制亮度的发光元件；再如，本发明的数字调光装置30可以与功率级控制电路21整合在一颗集成电路内、或分开成两颗集成电路，此时图5所示的电流源电路CS1-CSn例如可与数字调光装置30整合在同一集成电路内。凡此种种，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (15)

1.一种数字调光装置，用以控制多个发光元件通道，其特征在于，包含：

驱动讯号产生电路，其产生驱动讯号；

多个驱动电路，根据该驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；以及

移相电路，其接收具有一占空比的脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同，

其中该移相电路包括：

脉宽记录电路，其记录脉宽调变输入讯号的脉宽；

周期记录电路，其记录脉宽调变输入讯号的周期；

除法电路，其将所记录的周期除以发光元件通道的数目而产生一商值；以及

调光控制讯号产生器，其根据所记录的脉宽、及除法电路所产生的商值，而产生前述多组脉宽调变输出讯号，其中各脉宽调变输出讯号的周期始点分别相差该商值；

其中，该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止驱动电路的输出，其占空比决定该多个发光元件通道上的平均电流。

2.如权利要求1所述的数字调光装置，其中，该数字调光装置使用脉宽调变输入讯号作为其中一组脉宽调变输出讯号，且该移相电路产生的脉宽调变输出讯号的数目为发光元件通道数目减一。

3.如权利要求1所述的数字调光装置，其中，还包含频率转换电路，其接收具有第一频率的调光输入讯号，产生具有第二频率的上述脉宽调变输入讯号，传送给上述移相电路。

4.如权利要求1所述的数字调光装置，其中，该多个发光元件通道上各设有一晶体管，且该多个驱动电路分别控制各晶体管的栅极。

5.如权利要求1所述的数字调光装置，其中，该多个发光元件通道上各设有一电流源，且该多个驱动电路分别控制各电流源的电流量。

6.一种数字调光装置，用以控制多个发光元件通道，其特征在于，包含：

驱动讯号产生电路，其产生驱动讯号；

多个驱动电路，根据该驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；

频率转换电路，其接收具有第一频率的调光输入讯号，产生具有第二频率并具有一占空比的脉宽调变输入讯号，以及

移相电路，其接收该脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同，

其中，该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止驱动电路的输出，其占空比决定该多个发光元件通道上的平均电流，

其中，该频率转换电路包括：

高位准记录电路，其记录调光输入讯号的高位准脉宽；

第一乘法电路，将该高位准脉宽乘以m倍，其中m为第二频率与第一频率的比值；

低位准记录电路，其记录调光输入讯号的低位准脉宽；

第二乘法电路，将该低位准脉宽乘以上述m倍；以及

讯号产生器，其根据第一和第二乘法电路所输出的乘以m倍后的高、低位准脉宽数据，而产生前述具有第二频率的脉宽调变输入讯号。

7.一种数字调光装置，用以控制多个发光元件通道，其特征在于，包含：

驱动讯号产生电路，其产生驱动讯号；

多个驱动电路，根据该驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；

频率转换电路，其接收具有第一频率的调光输入讯号，产生具有第二频率并具有一占空比的脉宽调变输入讯号，以及

移相电路，其接收该脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同，

其中，该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止驱动电路的输出，其占空比决定该多个发光元件通道上的平均电流，

其中，该频率转换电路包括：

高位准记录电路，其记录调光输入讯号的高位准脉宽；

第一除法电路，将该高位准脉宽除以m，其中m为第一频率与第二频率的比值；

低位准记录电路，其记录调光输入讯号的低位准脉宽；

第二除法电路，将该低位准脉宽除以上述m值；以及

讯号产生器，其根据第一和第二除法电路所输出的除以m倍后的高、低位准脉宽数据，而产生前述具有第二频率的脉宽调变输入讯号。

8.一种数字调光装置，用以控制多个发光元件通道，其特征在于，包含：

驱动讯号产生电路，其产生驱动讯号；

多个驱动电路，根据该驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；

频率转换电路，其接收具有第一频率的调光输入讯号，产生具有第二频率并具有一占空比的脉宽调变输入讯号，以及

移相电路，其接收该脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同，

其中，该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止驱动电路的输出，其占空比决定该多个发光元件通道上的平均电流，

其中，该频率转换电路包括：

高位准记录电路，其记录调光输入讯号的高位准脉宽；

低位准记录电路，其记录调光输入讯号的低位准脉宽；

讯号产生器，其根据上述高、低位准脉宽资料，而产生前述脉宽调变输入讯号；以及

震荡器，其产生与前述第一频率接近的频率，作为高、低位准记录电路的操作频率，并产生前述第二频率，作为讯号产生器的操作频率。

9.一种数字调光方法，用以控制多个发光元件通道，其特征在于，包含：

产生多个驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；

接收具有一占空比的脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同；以及

以该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止对应的驱动讯号，

其中，该接收脉宽调变输入讯号并将其移相的步骤包括：

记录该脉宽调变输入讯号的脉宽；

记录该脉宽调变输入讯号的周期；

将所记录的周期除以发光元件通道的数目而产生一商值；以及

根据所记录的脉宽、及所产生的商值，而产生前述多组脉宽调变输出讯号，其中各脉宽调变输出讯号的周期始点分别相差该商值。

10.如权利要求9所述的数字调光方法，其中，还包含：接收具有第一频率的调光输入讯号，根据之产生具有第二频率的上述脉宽调变输入讯号。

11.如权利要求9所述的数字调光方法，其中，该多个发光元件通道上各设有一晶体管，且该控制该多个发光元件通道上的电流的步骤包括：分别控制各晶体管的栅极。

12.如权利要求9所述的数字调光方法，其中，该多个发光元件通道上各设有一电流源，且该控制该多个发光元件通道上的电流的步骤包括：分别控制各电流源的电流量。

13.一种数字调光方法，用以控制多个发光元件通道，其特征在于，包含：

产生多个驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；

接收具有第一频率的调光输入讯号，根据之产生具有第二频率并具有一占空比的脉宽调变输入讯号；

接收该脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同；以及

以该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止对应的驱动讯号，

其中，该接收具有第一频率的调光输入讯号而产生具有第二频率的脉宽调变输入讯号的步骤包括：

记录调光输入讯号的高位准脉宽；

将该高位准脉宽乘以m倍，其中m为第二频率与第一频率的比值；

记录调光输入讯号的低位准脉宽；

将该低位准脉宽乘以上述m倍；以及

根据m倍的高、低位准脉宽数据，而产生前述具有第二频率的脉宽调变输入讯号。

14.一种数字调光方法，用以控制多个发光元件通道，其特征在于，包含：

产生多个驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；

接收具有第一频率的调光输入讯号，根据之产生具有第二频率并具有一占空比的脉宽调变输入讯号；

接收该脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同；以及

以该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止对应的驱动讯号，

其中，该接收具有第一频率的调光输入讯号而产生具有第二频率的脉宽调变输入讯号的步骤包括：

记录调光输入讯号的高位准脉宽；

将该高位准脉宽除以m，其中m为第一频率与第二频率的比值；

记录调光输入讯号的低位准脉宽；

将该低位准脉宽除以上述m值；以及

根据除以m的高、低位准脉宽数据，而产生前述具有第二频率的脉宽调变输入讯号。

15.一种数字调光方法，用以控制多个发光元件通道，其特征在于，包含：

产生多个驱动讯号，控制该多个发光元件通道上的电流；

接收具有第一频率的调光输入讯号，根据之产生具有第二频率并具有一占空比的脉宽调变输入讯号；

接收该脉宽调变输入讯号，将其移相产生多组相位错开的脉宽调变输出讯号，且各脉宽调变输出讯号的占空比与脉宽调变输入讯号的占空比相同；以及

以该多组脉宽调变输出讯号使能或禁止对应的驱动讯号，

其中，该接收具有第一频率的调光输入讯号而产生具有第二频率的脉宽调变输入讯号的步骤包括：

产生与前述第一频率接近的操作频率，及产生前述第二频率；

以上述操作频率，记录调光输入讯号的高位准脉宽；

以上述操作频率，记录调光输入讯号的低位准脉宽；以及

以前述第二频率，根据上述高、低位准脉宽资料，而产生前述脉宽调变输入讯号。

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