CN102387627B - 发光二极管驱动及调光的方法和装置、以及照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对发光二极管进行驱动的方法和装置、对发光二极管进行调光的方法和装置、包括对发光二极管进行驱动的装置的照明系统、以及包括对发光二极管进行调光的装置的照明系统。对发光二极管进行驱动的方法包括：根据发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定用于控制功率开关的脉冲序列的占空比；根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列；以及通过脉冲序列来控制功率开关的开关操作，从而对发光二极管进行驱动。其中，发光二极管连接至功率开关。通过本发明，可以降低电磁干扰，并可以减小发光二极管的闪烁。

Description

发光二极管驱动及调光的方法和装置、以及照明系统

技术领域

本发明涉及照明领域，尤其涉及对发光二极管进行驱动的方法和装置、对发光二极管进行调光的方法和装置、包括对发光二极管进行驱动的装置的照明系统、以及包括对发光二极管进行调光的装置的照明系统。

背景技术

随着利用发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)芯片和封装进行照明的流明效率不断提高，包括用于通用照明的LED的固态照明(Solid-State Lighting，简称SSL)成为重要的应用。因为标准的1W发光二极管通常在约3.3V和约350mA下工作，所以对于大多数应用，需要电子驱动器来对发光二极管电流进行调制。诸如降压转换器(buckconverter)、回扫转换器或其他步降拓扑(stepping down topology)的转换器的高频功率电子转换器常用于这些电子驱动器中。

对于功率电子转换器，脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)是一种可以调节功率开关(例如，功率半导体器件)的传导脉宽从而控制发送到负载的功率大小的技术。可以用指定的控制器集成电路(integrated circuit，简称IC)芯片或用某些微控制器来实现脉宽调制控制。在大多数具有脉宽调制控制的电子转换器中，开关频率是固定的。使用固定开关频率的一个问题是，基频的整数倍处的功率谱的高谐波干扰。

由于从外部源发射的电磁传导或电磁辐射，电磁干扰(Electromagnetic interference，简称EMI)，即所谓的射频干扰(radiofrequency interference，简称RFI)，是影响其他电路的干扰。对于所有商用/家用照明产品的包括电磁干扰的电子产品，都有各自的技术要求。不同的国家或区域对电磁干扰有其自己的规定，这意味着这些电子产品产生的频率的谐波应当不高于特定频率范围中所需要的高频谐波。为了限制电磁干扰对环境或对交流线(AC line)的影响，在一些应用中需要输入滤波器电路来降低高频谐波，这将增加系统成本并增大系统尺寸。

脉宽调制控制可以用在固态照明中，用于调制发光二极管的电流和/ 或进行调光控制(dimming control)。具体地，可以有两个级别的脉宽调制控制。第一级别是通过对功率半导体器件的开关进行控制以获得恒定发光二极管驱动电流，其中开关频率可以从40kHz到大于1MHz。第二级别脉宽调制控制是通过接通或断开整个转换器和发光二极管来调光，其中频率通常从150Hz到大约400Hz。第二级别脉宽调制控制的频率范围可以有助于消除人眼的闪烁印象。固定频率的第二级别的脉宽调制控制的一个问题是引起高谐波干扰，另一问题是，对于一些具有固定记录频率的摄像机而言，固定频率调整将导致所记录的视频中的闪烁。

通过滤波器电路(例如，串联连接的电感器或并联连接的电容器)可以抑制电磁传导干扰。对于具有集成电子驱动器的光源来说，这是最常用的解决方案。然而，输入滤波器电路将增加系统成本并增大电路尺寸。对于一些具有脉宽调制控制的功率电子应用，诸如电子机器驱动器或开关模式电源，使用随机脉宽调制(Random Pulse Width Modulation，简称RPWM)以将电磁干扰能量分布到较宽的频带，以减小谐波幅度和噪声(Analysis and synthesis of randomized modulation schemes for powerconverters.Stankovic，A.M.；Verghese，G.E.；Perreault，D.J.；PowerElectronics，IEEE transactions on Volume 10，Issue 6，Nov.1995Page(s)：680-693)。对于发光二极管照明，由于大多数现有技术的设计没有使用微控制器来实现这种复杂的控制算法，因此驱动器仍在固定开关频率下工作。随着发光二极管照明系统的瓦特数增加并随着调光功能的集成，对于电子设计来说，噪声和电磁干扰变得越来越重要。但在目前的技术中，存在电路尺寸较大、电磁干扰高以及发光二极管的闪烁的问题。

图1是示出根据现有技术的示例性发光二极管驱动电路的电路图。如图1所示，发光二极管驱动电路中包括电容C、续流二极管(free wheeldiode)FWD、电感L、发光二极管(或发光二极管串)LED、以及功率开关PSW。这些元件的具体连接关系见图1。当功率开关PSW接通时，发光二极管串LED与电感L和功率开关PSW串联连接。当功率开关PSW断开时，续流二极管FWD将接通以使电感电流通过。通过调制功率开关PSW的占空比，可以控制发光二极管串LED的电流。电路的开关频率将从40kHz到大于1MHz。对于具有固定开关频率的电路来说，脉宽调制驱动信号在图2中示出和发光二极管电流的波形在图3中示出。

图4是示出在图2所示的脉宽调制驱动信号的控制下的输出电压和频率之间的关系的图表。如图4所示，在基频的整数倍处出现谐波。

对于脉宽调制调光，占空比控制处于从150Hz到约400Hz的低频范围内。功率开关仍在kHz到MHz的范围的高频处进行操作，而整个驱动电路在低频下接通和断开。图5中示出了根据现有技术的利用脉宽调制调光进行的模拟发光二极管驱动电流波形。

因此，鉴于上述技术问题，期望提供一种能够减小电路尺寸、能够减低电磁干扰、减小发光二极管的闪烁的技术。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的一个主要目的在于，提供对发光二极管进行驱动的方法和装置、对发光二极管进行调光的方法和装置、包括对发光二极管进行驱动的装置的照明系统、以及包括对发光二极管进行调光的装置的照明系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种对发光二极管进行驱动的方法，其中，发光二极管连接至功率开关。该方法包括：根据发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定用于控制功率开关的脉冲序列的占空比；根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列；以及通过脉冲序列来控制功率开关的开关操作，从而对发光二极管进行驱动。

根据本发明的另一个方面，提供了一种对发光二极管进行调光的方法，其中，发光二极管连接至功率开关。该方法包括：根据发光二极管的当前电流和期望亮度来确定用于控制功率开关的脉冲序列的占空比；根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列；以及通过脉冲序列来控制功率开关的开关操作，从而将发光二极管调光至期望亮度。

根据本发明的又一个方面，提供了一种对发光二极管进行驱动的装置。该装置包括：驱动占空比确定模块，用于根据发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定占空比；驱动脉冲序列生成模块，用于根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列；以及驱 动功率开关，该驱动功率开关连接至发光二极管，并用于在脉冲序列的控制下进行开关操作，从而对发光二极管进行驱动。

根据本发明的再一个方面，提供了一种对发光二极管进行调光的装置。该装置包括：调光占空比确定模块，用于根据发光二极管的当前电流和期望亮度来确定占空比；调光脉冲序列生成模块，用于根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列；以及调光功率开关，该调光功率开关连接至发光二极管，并用于在脉冲序列的控制下进行开关操作，从而将发光二极管调光至期望亮度。

根据本发明的再一个方面，提供了一种照明系统。该照明系统包括发光二极管和对发光二极管进行驱动的装置。

根据本发明的再一个方面，提供了一种照明系统。该照明系统包括发光二极管和对发光二极管进行调光的装置。

通过本发明，可以降低电磁干扰，并可以减小发光二极管的闪烁。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1是示出根据现有技术的示例性发光二极管驱动电路的电路图；

图2是示出根据现有技术的脉宽调制驱动信号的图表；

图3是示出在图2所示的脉宽调制驱动信号的控制下的电流和时间的关系曲线图；

图4是示出在图2所示的脉宽调制驱动信号的控制下的输出电压的傅立叶变换的图表；

图5是示出根据现有技术的利用脉宽调制调光进行的模拟发光二极管驱动电流波形图；

图6是示出根据本发明的一个实施例的对二极管进行驱动的方法的流程图；

图7是示出根据一个实例的使用随机周期调制的脉冲信号对二极管进 行驱动的方法的流程图；

图8是示出根据图7的实例的使用随机周期调制的脉冲信号和时间的关系的曲线图；

图9是示出根据图7的实例的脉宽调制驱动信号的电压和时间之间的关系的曲线图；

图10是示出根据图7的实例的发光二极管的电流波形的曲线图；

图11是示出根据图7的实例的电压和频率之间的关系的曲线图；

图12是示出根据另一个实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号对二极管进行驱动的方法的流程图；

图13是示出根据图12的实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号和时间的关系的曲线图；

图14是示出根据图12的实例的脉宽调制驱动信号的电压和时间之间的关系的曲线图；

图15是示出根据图12的实例的发光二极管的电流波形的曲线图；

图16是示出根据本发明的另一个实施例的对二极管进行调光的方法的流程图；

图17是示出根据一个实例的对二极管进行调光的方法的电流波形图；

图18是示出根据一个实例的使用随机周期调制的脉冲信号对二极管进行调光的方法的流程图；

图19是示出根据另一个实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号对二极管进行调光的方法的流程图；

图20是示出根据本发明的又一个实施例的对发光二极管进行驱动的装置的框图；

图21是示出根据本发明的再一个实施例的对发光二极管进行调光的装置的框图；

图22是示出包括图18的装置的照明系统的框图；

图23是示出包括图19的装置的照明系统的框图；

图24是示出可以应用根据本发明的实施例的硬件和软件的一个实例的电路图；

图25是示出可以应用根据本发明的实施例的硬件和软件的又一个实例的电路图；以及

图26是示出可以应用根据本发明的实施例的硬件和软件的再一个实例的电路图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

以下参照图6来描述根据本发明的一个实施例的对二极管进行驱动的方法。其中，发光二极管可以通过各种方式连接至功率开关(例如，功率半导体器件以及本技术领域常用的其他适当的功率开关)。

如图6所示，在步骤602中，可以根据发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定用于控制功率开关的脉冲序列的占空比。在步骤604中，根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列。在步骤606中，通过脉冲序列来控制功率开关的开关操作，从而对发光二极管进行驱动。

具体地，在步骤602中，可以对发光二极管的当前电流进行采样，对采样到的当前电流与预定工作电流进行比较，根据比较结果来计算用于控制功率开关的脉冲序列的占空比。如果比较结果表示采样到的当前电流高于预定工作电流，则可以减小占空比。如果比较结果表示采样到的当前电流低于预定工作电流，则可以增大占空比。

在步骤604中，可以生成随机数序列和随机数序列；根据随机数序列来生成周期序列；根据随机数序列来生成脉冲位置序列；以及生成具有占空比并具有周期序列和/或脉冲位置序列的脉冲序列。

可选地，与周期序列相应的随机频率序列可以处于40kHz至1MHz的范围内。

具体地，由于当今大多数的发光二极管驱动器都是利用脉宽调制集成电路(IC)控制器来设计的，所以可以由这些IC控制器对发光二极管驱 动电流进行采样并在所集成的比较器中对采样得到的信号与参考值进行比较，以生成脉宽调制驱动信号。如果电流信号低于参考值，则IC控制器将增大脉宽调制输出的占空比。如果电流信号高于参考值，则IC控制器将减小脉宽调制输出的占空比。以该方式，该电路将获得恒定的发光二极管驱动电流(即，工作电流)。其中，参考值可以基于需要的发光二极管的驱动电流来设置。

当具有IC控制器的发光二极管驱动器电路达到稳定状态时，对该电路进行重复操作，功率电子器件的开关频率固定。为了实现随机脉宽调制，可以通过微控制器或微程序控制单元(Micro-programmed control unit，简称MCU)使用随机算法。

以下参照图7来描述根据一个实例的使用随机周期调制的脉冲信号对二极管进行驱动的方法。

如图7所示，首先驱动控制循环开始。然后，在步骤702中，对发光二极管的电流进行采样，以得到与发光二极管的当前电流相应的信号。在步骤704中，根据采样到的信号和预先存储的参考值进行比较，然后，根据比较结果计算占空比d。其中，参考值是基于发光二极管的工作电流来确定的。在步骤706中，产生随机数序列，并根据随机数序列来计算随机周期序列。在步骤708中，根据所计算出的随机周期序列和脉宽来设置脉宽调制发生器，使得脉冲调制发生器产生脉冲序列，其中，脉宽为占空比与周期之积。然后，利用该脉冲序列对发光二极管进行驱动，以使发光二极管的电流达到工作电流。该驱动控制循环结束。

图8是示出根据图7的实例的使用随机周期调制的脉冲信号和时间的关系的曲线图。

如图8所示，对于发光二极管驱动电路的的开关循环来说，变量可以包括周期T_k，脉冲中心的位置p＊T_k，以及脉宽d＊T_k。因为通过驱动电流要求来确定占空比，并且占空比不能改变，所以可以将随机性应用于周期T_k或脉冲中心的位置p＊T_k，以实现随机的脉宽调制驱动。

在图8中，T_k到T_k+1是每个驱动控制循环的周期时间。在驱动控制循环开始之前，MCU控制器将生成具有特定范围的随机周期时间T_random，然后将该随机周期时间应用于固定周期T₀，例如，T_k＝T_random+T₀。通过设置占空比和脉冲位置，将生成具有随机周期的脉宽调制信号。脉冲的位置通常位于控制周期的中心，这是因为这易于利用集成的脉宽调制发生器、 具有参考值的比较器和锯齿计数器来实现。在图8中，占空比为50％。实际上，占空比的大小不局限于50％，在其他的具体应用场景中，占空比可以取其他适当的值。

如果该随机的周期脉宽调制应用于照明电路(例如，图1所示的电路)，则输出电压如图9所示，而发光二极管电流如图10所示。不同驱动控制循环的周期已被MCU控制器随机化。同时，保持恒定的占空比可以实现对发光二极管驱动的恒定平均电流控制。以该方式，图4中的单独的谱线可以改为具有较低幅度的连续谱线，如图11所示。这是用于降低高功率发光二极管驱动器电路中的谐波的有效方法。对于具有MCU的发光二极管驱动电路来说，这是降低滤波器成本或减小驱动器尺寸的节省成本的方法。

以下参照图12来描述根据另一个实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号对二极管进行驱动的方法。

如图12所示，首先驱动控制循环开始。然后，在步骤1202中，对发光二极管的电流进行采样，以得到与发光二极管的当前电流相应的信号。在步骤1204中，根据采样到的信号和预先存储的参考值进行比较，根据比较结果计算占空比d。其中，参考值可以基于发光二极管的工作电流来确定。在步骤1206中，产生随机数序列，并根据随机数序列来计算随机脉冲位置序列。在步骤1208中，根据所计算出的随机脉冲位置序列和脉宽和周期来设置脉宽调制发生器，使得脉冲调制发生器产生脉冲序列，其中，脉宽为占空比与周期之积。然后，利用该脉冲序列对发光二极管进行驱动，以使发光二极管的电流达到工作电流。该驱动控制循环结束。

具体地，该方法可以通过使开关频率固定并改变每个驱动控制循环中的脉冲位置来实现。通过使脉冲位置p＊T_k随机化，可以使电路中的谐波的功率谱呈分布式。随机脉冲位置脉宽调制的电流波形在图15中示出。使用该方法的输出电压的傅里叶变换类似于图11中所示的随机周期脉宽调制方法的傅里叶变换，此处不再详细描述。

以下参照图16来描述根据本发明的另一个实施例的对二极管进行调光的方法。其中，发光二极管可以通过各种方式连接至功率开关(例如，功率半导体器件以及本领域常用的其他适当的功率开关)。

如图16所示，在步骤1602中，可以根据发光二极管的当前电流和期望亮度来确定用于控制功率开关的脉冲序列的占空比。在步骤1604中， 可以根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列，在步骤1606中，可以通过脉冲序列来控制功率开关的开关操作，从而将发光二极管调光至期望亮度。

具体地，在步骤1604中，可以生成随机数序列和随机数序列，根据随机数序列来生成周期序列，根据随机数序列来生成脉冲位置序列，并生成具有占空比并具有周期序列和/或脉冲位置序列的脉冲序列。

可选地，与周期序列相对应的随机频率序列可以处于150Hz至400Hz的范围内。

图17是示出根据一个实例的对二极管进行调光的方法的电流波形图。

如图17所示，用于调光的随机脉宽调制类似于针对发光二极管驱动所讨论的随机脉宽调制。用于进行随机化的变量可以是周期T_k和脉冲中心的位置p＊T_k。通常在高频或射频范围内发现高EMI的风险。由于调光控制的频率通常小于1kHz，因此用于调光的随机脉宽调制不会对电流输出的谐波或驱动器的EMI性能造成显著影响。

然而，尽管人眼不会察觉到高于150Hz的闪烁频率，但是对于一些视频记录机来说，采样频率可能与调光频率相互作用，例如，视频记录机所拍摄到的视频将示出不期望的闪烁或图像上的移动条。

调光脉宽调制控制的随机化可以有助于消除采样频率与调光频率相互作用。对于发光二极管驱动电路的调光循环来说，变量可以包括周期T’_k，脉冲中心的位置p’＊T’_k，以及脉宽d’＊T’_k。因为需要根据所需亮度和当前电流来确定占空比，并且占空比不能改变，所以可以将随机性应用于周期T’_k或脉冲中心的位置p’＊T’_k，以实现随机的脉宽调制从而进行调光。

以下参照图18来描述根据一个实例的使用随机周期调制的脉冲信号对二极管进行调光的方法。

如图18所示，首先调光控制循环开始。然后，在步骤1802中，对发光二极管的电流进行采样，以得到与发光二极管的当前电流相应的信号。在步骤1804中，根据采样到的信号和预先存储的参考值进行比较，然后，根据比较结果计算占空比d。其中，参考值是基于发光二极管的期望亮度来确定的。在步骤1806中，产生随机数序列，并根据随机数序列来计算随机周期序列。在步骤1808中，根据所计算出的随机周期序列和脉宽来设置脉宽调制发生器，使得脉冲调制发生器产生脉冲序列，其中，脉宽为占空比与周期之积。然后，利用该脉冲序列对发光二极管进行调光，以使 发光二极管的亮度达到期望亮度。该调光控制循环结束。

以下参照图19来描述根据另一个实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号对二极管进行调光的方法。

如图19所示，首先调光控制循环开始。然后，在步骤1902中，对发光二极管的电流进行采样，以得到与发光二极管的当前电流相应的信号。在步骤1904中，根据采样到的信号和预先存储的参考值进行比较，根据比较结果计算占空比d。其中，参考值可以基于发光二极管的期望亮度来确定。在步骤1906中，产生随机数序列，并根据随机数序列来计算随机脉冲位置序列。在步骤1908中，根据所计算出的随机脉冲位置序列和脉宽和周期来设置脉宽调制发生器，使得脉冲调制发生器产生脉冲序列，其中，脉宽为占空比与周期之积。然后，利用该脉冲序列对发光二极管进行调光，以使发光二极管的亮度达到期望亮度。该调光控制循环结束。

以下参照图20来描述根据本发明的又一个实施例的对发光二极管进行驱动的装置2000。

如图20所示，对发光二极管进行驱动的装置2000包括：驱动占空比确定模块2002，用于根据发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定占空比；驱动脉冲序列生成模块2004，用于根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列；以及驱动功率开关2006，驱动功率开关2006连接至发光二极管，并用于在脉冲序列的控制下进行开关操作，从而对发光二极管进行驱动。

其中，驱动占空比确定模块2002可以包括：驱动采样单元，用于对发光二极管的当前电流进行采样；驱动比较单元，用于对采样到的当前电流与预定工作电流进行比较；以及驱动确定单元，用于根据驱动比较单元的比较结果来确定用于控制驱动功率开关的脉冲序列的占空比。如果驱动比较单元的比较结果表示采样到的当前电流高于预定工作电流，则驱动确定单元确定减小占空比。如果驱动比较单元的比较结果表示采样到的当前电流低于预定工作电流，则驱动确定单元确定增大占空比。

驱动脉冲序列生成模块2004可以包括：驱动随机数生成单元，用于生成随机数序列和随机数序列；驱动周期生成单元，用于根据随机数序列来生成周期序列；驱动脉冲位置生成单元，用于根据随机数序列来生成脉冲位置序列；以及驱动脉冲序列生成单元，用于生成具有占空比并具有周 期序列和/或脉冲位置序列的脉冲序列。

可选地，与周期序列相应的随机频率序列处于40kHz至1MHz的范围内。

以下参照图21来描述根据本发明的再一个实施例的对发光二极管进行调光的装置2100。

如图21所示，对发光二极管进行调光的装置2100包括：调光占空比确定模块2102，用于根据发光二极管的当前电流和期望亮度来确定占空比；调光脉冲序列生成模块2104，用于根据占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列；以及调光功率开关2106，调光功率开关2106连接至发光二极管，并用于在脉冲序列的控制下进行开关操作，从而将发光二极管调光至期望亮度。

调光脉冲序列生成模块2104可以包括：调光随机数生成单元，用于生成随机数序列和随机数序列；调光周期生成单元，用于根据随机数序列来生成周期序列；调光脉冲位置生成单元，用于根据随机数序列来生成脉冲位置序列；以及调光脉冲序列生成单元，用于生成具有占空比并具有周期序列和/或脉冲位置序列的脉冲序列。

可选地，与周期序列相对应的随机频率序列处于150Hz至400Hz的范围内。

以下参照图22来描述包括图20的装置的照明系统2200。

如图22所示，照明系统2200可以包括发光二极管2202和对发光二极管2202进行驱动的装置2000。

以下参照图23来描述包括图21的装置的照明系统2300。

如图23所示，照明系统2300可以包括发光二极管2302和对发光二极管2302进行调光的装置2100。

图24至图26分别示出了可以应用根据本发明的实施例的硬件和软件的实例。图24所示的电路包括电感L、续流二极管FWD、功率开关PSW、电容C、MCU控制器、以及发光二极管(可以是发光二极管串)LED。图25所示的电路包括电感L、续流二极管FWD、发光二极管(或发光二极管串)LED、功率开关PSW、电容C1和C2、以及MCU控制器。图26所示的电路包括变压器、电容C1和C2、续流二极管FWD、发光二极 管(或发光二极管串)LED、功率开关PSW、以及MCU控制器。

可以看出，用于LED驱动和调光的随机脉宽调制方法可以应用于图23至图26所示的电路拓扑。实际上，用于LED驱动和调光的随机脉宽调制方法可以应用于的电路拓扑不局限于此，而是还可以应用于其他适当的电路拓扑。此外，对于发光二极管照明，可以有不同的应用。

对于利用脉宽调制的发光二极管驱动来说，开关频率在50kHz到大于1MHz的范围内。固定频率脉宽调制方法在开关频率的整数倍处具有高谐波干扰，而随机脉宽调制方法可以获得谐波的连续波谱分布。这可以有助于减低电路中的谐波幅度，从而改善EMI性能以满足规定。对于发光二极管照明电子器件来说，这将有助于降低成本并减小滤波器电路的尺寸。

对于利用脉宽调制和占空比控制来进行的发光二极管调光，调光控制的频率通常小于1kHz。用于调光的随机脉宽调制将不会对电流输出的谐波或驱动器的EMI性能造成显著影响。尽管人眼不能察觉高于150Hz的闪烁频率，但对于一些视频记录机来说，采样频率可以与调光频率相互作用，例如，视频记录机所拍摄的视频将示出不期望的闪烁和图像上的移动条。调光脉宽调制控制的随机化将有助于消除该效果。该随机算法类似于针对随机脉宽调制驱动所讨论的随机算法。

对于具有微控制器的发光二极管驱动系统来说，利用随机脉宽调制方法不会添加硬件部件或成本。所有的控制功能都可以通过软件来实现。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (16)

1.一种对发光二极管进行驱动的方法，所述发光二极管连接至功率开关，所述方法包括：

根据所述发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定用于控制所述功率开关的脉冲序列的占空比；

根据所述占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成所述脉冲序列；以及

通过所述脉冲序列来控制所述功率开关的开关操作，从而对所述发光二极管进行驱动，

其中，根据所述占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成所述脉冲序列的步骤包括：

生成第一随机数序列和第二随机数序列；

根据所述第一随机数序列来生成所述周期序列；

根据所述第二随机数序列来生成所述脉冲位置序列；以及

生成具有所述占空比并具有所述周期序列和/或所述脉冲位置序列的所述脉冲序列。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定用于控制所述功率开关的脉冲序列的占空比的步骤包括：

对所述发光二极管的所述当前电流进行采样；

对采样到的当前电流与所述预定工作电流进行比较；以及

根据比较结果来计算用于控制所述功率开关的脉冲序列的占空比。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据比较结果来确定用于控制所述功率开关的脉冲序列的占空比的步骤包括：

如果所述比较结果表示所述采样到的当前电流高于所述预定工作电流，则减小所述占空比。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，根据比较结果来确定用于控制所述功率开关的脉冲序列的占空比的步骤包括：

如果所述比较结果表示所述采样到的当前电流低于所述预定工作电流，则增大所述占空比。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述周期序列相应的随机频率序列处于40kHz至1MHz的范围内。

6.一种对发光二极管进行调光的方法，其中，所述发光二极管连接至功率开关，所述方法包括：

根据所述发光二极管的当前电流和期望亮度来确定用于控制所述功率开关的脉冲序列的占空比；

根据所述占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成所述脉冲序列；以及

通过所述脉冲序列来控制所述功率开关的开关操作，从而将所述发光二极管调光至所述期望亮度，

其中，根据所述占空比并根据随机的周期序列和/或随机的的脉冲位置序列来生成所述脉冲序列的步骤包括：

生成第一随机数序列和第二随机数序列；

根据所述第一随机数序列来生成所述周期序列；

根据所述第二随机数序列来生成所述脉冲位置序列；以及

生成具有所述占空比并具有所述周期序列和/或所述脉冲位置序列的所述脉冲序列。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，与所述周期序列相对应的随机频率序列处于150Hz至400Hz的范围内。

8.一种对发光二极管进行驱动的装置，包括：

驱动占空比确定模块，用于根据所述发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定占空比；

驱动脉冲序列生成模块，用于根据所述占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成所述脉冲序列；以及

驱动功率开关，所述驱动功率开关连接至所述发光二极管，并用于在所述脉冲序列的控制下进行开关操作，从而对所述发光二极管进行驱动，

其中，所述驱动脉冲序列生成模块包括：

驱动随机数生成单元，用于生成第一随机数序列和第二随机数片列；

驱动周期生成单元，用于根据所述第一随机数序列来生成所述周期序列；

驱动脉冲位置生成单元，用于根据所述第二随机数序列来生成所述脉冲位置序列；以及

驱动脉冲序列生成单元，用于生成具有所述占空比并具有所述周期序列和/或所述脉冲位置序列的所述脉冲序列。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述驱动占空比确定模块包括：

驱动采样单元，用于对所述发光二极管的当前电流进行采样；

驱动比较单元，用于对采样到的当前电流与所述预定工作电流进行比较；以及

驱动确定单元，用于根据所述驱动比较单元的比较结果来确定用于控制所述驱动功率开关的脉冲序列的占空比。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，如果所述驱动比较单元的比较结果表示所述采样到的当前电流高于所述预定工作电流，则所述驱动确定单元确定减小所述占空比。

11.根据权利要求9所述的装置，其中，如果所述驱动比较单元的比较结果表示所述采样到的当前电流低于所述预定工作电流，则所述驱动确定单元确定增大所述占空比。

12.根据权利要求8所述的装置，其中，与所述周期序列相应的随机频率序列处于40kHz至1MHz的范围内。

13.一种对发光二极管进行调光的装置，包括：

调光占空比确定模块，用于根据所述发光二极管的当前电流和期望亮度来确定占空比；

调光脉冲序列生成模块，用于根据所述占空比并根据随机的周期序列和/或随机的脉冲位置序列来生成所述脉冲序列；以及

调光功率开关，所述调光功率开关连接至所述发光二极管，并用于在所述脉冲序列的控制下进行开关操作，从而将所述发光二极管调光至所述期望亮度，

其中，所述调光脉冲序列生成模块包括：

调光随机数生成单元，用于生成第一随机数序列和第二随机数序列；

调光周期生成单元，用于根据所述第一随机数序列来生成所述周期序列；

调光脉冲位置生成单元，用于根据所述第二随机数序列来生成所述脉冲位置序列；以及

调光脉冲序列生成单元，用于生成具有所述占空比并具有所述周期序列和/或所述脉冲位置序列的所述脉冲序列。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，与所述周期序列相对应的随机频率序列处于150Hz至400Hz的范围内。

15.一种照明系统，包括发光二极管和根据权利要求8至12中任一项所述的装置。

16.一种照明系统，包括发光二极管和根据权利要求13至14中任一项所述的装置。