CN103152900A - 控制led亮度的调光控制器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制LED亮度的调光控制器及方法，根据LED特性对该LED的电流或平均电流进行补偿以改善LED调光效率及效能。调光控制器包括：暂存器，接收及储存第一电流设定信息；储存单元，连接暂存器并储存与LED特性相关的查询表，根据第一电流设定信息以及查询表提供补偿值；以及补偿器，连接暂存器及储存单元，根据补偿值对第一电流设定信息进行补偿以产生第二电流设定信息用以决定LED亮度。该调光控制器及方法利用储存单元储存与LED特性相关的查询表，并根据输入的电流设定信息及该查询表决定补偿值以补偿该电流设定信息。

Description

控制LED亮度的调光控制器及方法
技术领域
本发明系有关一种控制发光二极管(Light Emitting Diode；LED)亮度的调光控制器及方法，特别是关于一种根据LED特性对LED电流进行补偿的调光控制器及方法。
背景技术
现有的LED调光控制方法主要有脉宽调变(Pulse Width Modulation；PWM)调光及直流(DC)调光这两种。PWM调光系控制开关的切换来控制LED上的电流IF的平均值，故使用PWM调光控制LED的亮度(brightness)时，LED的平均电流IF_avg与亮度具有线性关系，如图1的曲线10所示，因此PWM调光可以达成线性调光。DC调光系控制LED上的电流IF，故使用DC调光控制LED的亮度时，LED的平均电流IF_avg并非线性正比于亮度，如图1的曲线12所示，因此DC调光难以达成线性调光。虽然PWM调光可以达成线性调光，但在某些亮度BR下，DC调光可以用较低的平均电流IF_avg达到所要的亮度，也就是说，在某些亮度BR下，DC调光比PWM调光更节省输入功率。此外，LED的亮度也会受到周遭环境温度的影响，如图2所示假设LED的电流IF固定在40mA，LED的亮度随着温度下降而上升，因此在温度下降时可以减少LED的电流IF以保持原来的亮度，进而节省功率。
然而，现有的LED亮度控制装置并没有根据LED的亮度或环境温度等LED特性对电流进行补偿的功能，例如产品型号ISL97635A的LED驱动器。
因此，一种根据LED特性对LED的电流或平均电流进行补偿的装置，乃为所冀。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种根据LED特性对LED的电流或平均电流进行补偿的调光控制器及方法。
本发明的目的之一，在于提出一种使DC调光达成线性调光的调光控制器及方法。
本发明的目的之一，在于提出一种在PWM调光改善LED闪烁及PWM输出解析度问题的调光控制器及方法。
本发明提供的一种控制LED亮度的调光控制器，包括：
暂存器，接收及储存第一电流设定信息；
储存单元，连接暂存器并储存与LED特性相关的查询表，根据第一电流设定信息以及查询表提供补偿值；以及
补偿器，连接暂存器及储存单元，根据补偿值对第一电流设定信息进行补偿以产生第二电流设定信息用以决定LED亮度。
本发明提供的一种控制LED亮度的调光控制方法，包括下列步骤：
(A)接收及储存第一电流设定信息；
(B)根据第一电流设定信息以及一与LED特性相关的查询表决定补偿值；以及
(C)根据补偿值对第一电流设定信息进行补偿以产生第二电流设定信息用以决定LED的亮度。
根据本发明，一种控制LED亮度的调光控制器及方法，利用储存单元储存与LED特性相关的查询表，并根据该电流设定信息及该查询表决定补偿值以补偿该电流设定信息，因而可以在DC调光模式下达成线性调光。此外，在PWM调光模式下，该调光控制器及方法藉由PWM学习机制改善LED闪烁及PWM输出解析度问题。
附图说明
图1显示LED的平均电流IF_avg对亮度的关系曲线；
图2显示环境温度对LED的亮度的影响；
图3显示本发明的调光控制器的第一实施例；
图4显示PWM工作周期比检测器的实施例；
图5系用以说明PWM学习机制；
图6显示根据LED的亮度及环境温度选择补偿值M(D)及K(T)的实施例；
图7显示调光控制器的第二实施例；
图8显示调光控制器的第三实施例；以及
图9显示调光控制器的第四实施例。
主要元件符号说明：
10  LED的平均电流对亮度的曲线
12  LED的平均电流对亮度的曲线
20  调光控制器
22  LED驱动器
24  LED光源模块
26  调光控制器20的输入端
28  调光控制器20的输入端
30  接口电路
32  PWM工作周期比检测器
34  暂存器
36  补偿器
38  储存单元
40  存储器
42  存储器
44  PWM产生器
46  暂存器
48  调光控制器的输出端
50  调光控制器的输出端
52  取样电路
54  磁滞电路
56  频率检测器
58  亮度感测器
60  温度感测器
具体实施方式
图3显示本发明的调光控制器20的实施例，其包括输入端26及28分别用以接收PWM信号Spwmi及电流设定信息Scsi，以及输出端48及50分别用以输出PWM信号Spwmo及电流设定信息Scor，调光控制器20利用储存单元38储存与LED特性相关的数据，并据以对电流设定信息Scsi或PWM信号Spwmi进行补偿产生修正的电流设定信息Scor或PWM信号Spwmo给LED驱动器22，其中电流设定信息Scsi及Scor可以是N位元的数位信号。LED驱动器22根据电流设定信息Scor控制LED光源模块24中LED串CH1～CHn的电流，或是根据PWM信号Spwmo控制LED串CH1～CHn的平均电流，进而决定每一LED串CH1～CHn的亮度，每一LED串CH1～CHn具有多个串联的LED。
在图3的调光控制器20中，接口电路30连接输入端28用以将电流设定信息Scsi送至N位元的暂存器34，此外接口电路30也可以将与LED特性相关的修正数据写入储存单元38，例如将亮度对相应LED电流查询表(look up table)以及亮度对温度查询表分别写入或更新至储存单元38的存储器40及42中。PWM工作周期比检测器32连接输入端26，根据调光控制器20内部的时脉信号CLK检测PWM信号Spwmi的工作周期比以决定N位元的电流设定信息Duty_pwmi给N位元的暂存器34，具体而言，假设电流设定信息Duty_pwmi为8位元的数据，故电流设定信息Duty_pwmi在0至255之间，若PWM信号Spwmi的工作调期比为75％，则电流设定信息
Figure BDA0000124199040000041
暂存器34储存电流设定信息Scsi及Duty_pwmi其中一个后，将所储存的电流设定信息Scsi或Duty_pwmi提供给补偿器36及储存单元38。储存单元38的存储器40根据N位元的暂存器34所提供的电流设定信息及其所储存的亮度对相应LED电流查询表提供补偿值M(D)，其中D为亮度步阶而且最大值为2N，M为特定LED电流下PWM调光亮度及DC调光亮度之间的亮度比例。储存单元38的存储器42根据暂存器34所提供的电流设定信息及其所储存的亮度对温度查询表提供补偿值K(T)，其中T为温度步阶，K为特定温度及最低温度之间的亮度比例。补偿器36根据补偿值M(D)及K(T)对暂存器34所提供的电流设定信息进行补偿以产生修正的电流设定信息Scor，补偿器36的实现方式有很多种，例如使用乘法器将暂存器34所提供的电流设定信息乘上补偿值M(D)及K(T)以产生电流设定信息Scor。N位元的暂存器46储存补偿器36所提供的电流设定信息Scor后，可以将该电流设定信息Scor经输出端50送至LED驱动器22以决定LED串CH1～CHn上的电流，或是将电流设定信息Scor送至PWM产生器44。PWM产生器44根据时脉信号CLK及电流设定信息Scor产生修正的PWM信号Spwmo给LED驱动器22以控制LED串CH1～CHn上的平均电流，此外，PWM产生器44根据来自PWM工作周期比检测器32的电流设定信息Duty_pwmi控制PWM信号Spwmo的工作周期比的变化速度，以避免PWM信号Spwmo的工作周期比的变化太快而使LED串CH1～CHn发生闪烁现象。
图4显示图3中PWM工作周期比检测器32的实施例，其包括取样电路52、磁滞电路54及频率检测器56。假设取样电路52根据时脉信号CLK对PWM信号Spwmi的工作周期比进行第n+1次取样产生取样值Duty_s(n+1)，磁滞电路54具有磁滞上限Hy_up及磁滞下限Hy_low并且储存取样电路52前次取样所得到的取样值Duty_s(n)，磁滞电路54根据取样值Duty_s(n+1)及Duty_s(n)、磁滞上限Hy_up及磁滞下限Hy_low决定电流设定信息Duty_pwmi。磁滞电路54藉由磁滞上限Hy_up及磁滞下限Hy_low达成PWM学习(learning)机制，PWM学习机制可以在PWM信号Spwmi的工作周期比出现小抖动(jitter)时，使电流设定信息Duty_pwmi维持稳定，以避免LED发生闪烁现像。
图5系用以说明PWM学习机制，当目前的取样值Duty_s(n+1)大于前次取样值Duty_s(n)且大于磁滞上限Hy_up时，磁滞电路54根据目前的取样值Duty_s(n+1)产生电流设定信息Duty_pwmi，当取样值Duty_s(n+1)小于前次取样值Duty_s(n)且小于磁滞下限Hy_low时，磁滞电路54同样根据目前的取样值Duty_s(n+1)产生电流设定信息Duty_pwmi，除此之外，磁滞电路54维持电流设定信息Duty_pwmi不变，以避免LED发生闪烁现象。
然而，时脉信号CLK为定频，因此将造成PWM信号Spwmi与实际LED亮度之间的误差，而且此误差系随PWM信号Spwmi的频率改变，因此若使用固定磁滞上限Hy_up及磁滞下限Hy_low，将使PWM输出解析度在PWM信号Spwmi为高频时降低，并在PWM信号Spwmi为低频率时，使LED发生闪烁。为解决此问题，频率检测器56检测PWM信号Spwmi的频率产生检测信号Sf给磁滞电路54以调整磁滞上限Hy_up及磁滞下限Hy_low，进而在PWM信号Spwmi为高频时改善PWM输出解析度，在PWM信号Spwmi为低频时消除LED闪烁问题。
当图3的调光控制器20执行DC调光时，不论是提供PWM信号Spwmi或是提供电流设定信息Scsi给调光控制器20，最后都是由暂存器46提供电流设定信息Scor给LED驱动器22以达成DC调光。在DC调光模式时，调光控制器20藉由储存单元38所提供的补偿值M(D)及K(T)可以达成线性调光，而且在相同亮度下，LED的平均电流比PWM调光模式下的平均电流更低，因而可以降低输入功率。
当图3的调光控制器20执行PWM调光时，不论是提供PWM信号Spwmi或是提供电流设定信息Scsi给调光控制器20，最后都将由PWM产生器44提供PWM信号Spwmo给LED驱动器22以达成PWM调光。在PWM调光模式下，由于PWM工作周期比检测器32的PWM学习机制，因此可以避免因PWM信号Spwmi的工作周期比的抖动而使LED发生闪烁现象。而且根据PWM信号Spwmi的频率调整磁滞上限Hy_up及磁滞下限Hy_low，调光控制器20更可以改善在PWM信号Spwmi为高频时的PWM输出解析度，以及在PWM信号Spwmi为低频时的LED闪烁问题。
调光控制器20也可以根据LED目前的亮度及环境温度持续改善LED调光效率(efficiency)及效能(performance)。如图6所示，在LED光源模块24中设置亮度感测器58及温度感测器60分别感测LED的亮度及环境温度以产生目前的亮度数据B_data及温度数据T_data，亮度数据B_data及温度数据T_data经由接口电路30分别送至存储器40及42，存储器40及42中分别储存多个查询表，并且分别根据亮度数据B_data及温度数据T_data选择最适当的查询表以提供最佳补偿值M(D)及K(T)。
除了使用亮度及温度修正数据来补偿LED电流之外，还有其他LED特性的修正数据可以用来补偿LED电流，例如色偏修正数据，而且不同色光的LED也有不同的效能，这些LED特性都可以做成查询表存在储存单元38中以更好的控制LED的电流达成更好的亮度效率。
图7显示调光控制器20的第二实施例，其与图3的电路同样包括接口电路30、PWM工作调期比检测器32、暂存器34、补偿器36、储存单元38及暂存器46，但是图7的调光控制器20没有PWM产生器44，因此无法达成PWM调光。
图8显示调光控制器20的第三实施例，其与图3的电路同样包括接口电路30、暂存器34、补偿器36、储存单元38及暂存器46，但是图8的调光控制器20没有PWM工作调期比检测器32及PWM产生器44，因此无法根据PWM信号Spwmi调整LED的电流，也不能达成PWM调光。
图9显示调光控制器20的第四实施例，其与图3的电路同样包括接口电路30、暂存器34、补偿器36、储存单元38、PWM产生器44及暂存器46，但是图9的调光控制器20没有PWM工作调期比检测器32，因此无法根据PWM信号Spwmi调整LED的电流或平均电流。
图7、图8及图9的电路也可以如图6的电路使用亮度感测器58及温度感测器60分别感测LED的亮度及环境温度以产生目前的亮度数据B_data及温度数据T_data给存储器40及42，存储器40及42再分别根据亮度数据B_data及温度数据T_data选择最适当的查询表以提供最佳补偿值M(D)及K(T)。

Claims (21)

1.一种控制LED亮度的调光控制器，其特征在于，所述的调光控制器包括：
暂存器，接收及储存第一电流设定信息；
储存单元，连接所述的暂存器并储存与所述的LED特性相关的查询表，根据所述的第一电流设定信息以及所述的查询表提供补偿值；以及
补偿器，连接所述的暂存器及储存单元，根据所述的补偿值对所述的第一电流设定信息进行补偿以产生第二电流设定信息用以决定所述的LED亮度。
2.如权利要求1所述的调光控制器，其特征在于，所述的调光控制器更包括第二暂存器，连接所述的补偿器，接收及储存所述的第二电流设定信息，并将所述的第二电流设定信息送至所述的调光控制器的输出端，以供调整所述的LED上的电流。
3.如权利要求1所述的调光控制器，其特征在于，所述的调光控制器更包括：
第二暂存器，连接所述的补偿器，接收及储存所述的第二电流设定信息；以及
PWM产生器，连接所述的第二暂存器，根据储存在所述的第二暂存器的所述的第二电流设定信息产生脉宽调变信号至所述的调光控制器的输出端以供调整所述的LED上的平均电流。
4.如权利要求1所述的调光控制器，其特征在于，所述的调光控制器更包括接口电路连接所述的调光控制器的输入端及所述的暂存器，将来自所述的调光控制器的输入端的所述的第一电流设定信息送至所述的暂存器。
5.如权利要求1所述的调光控制器，其特征在于，所述的调光控制器更包括接口电路连接所述的储存单元，写入或更新所述的查询表。
6.如权利要求1所述的调光控制器，其特征在于，所述的储存单元根据所述的LED的亮度及环境温度选择所述的查询表。
7.如权利要求1所述的调光控制器，其特征在于，所述的调光控制器更包括PWM工作周期比检测器连接所述的调光控制器的输入端及所述的暂存器，根据时脉信号检测来自所述的调光控制器的输入端的脉宽调变信号的工作周期比以产生所述的第一电流设定信息给所述的暂存器。
8.如权利要求7所述的调光控制器，其特征在于，所述的PWM工作周期比检测器包括：
取样电路，根据所述的时脉信号对所述的脉宽调变信号的工作周期比取样以产生第一取样值；
磁滞电路，连接所述的取样电路并储存所述的取样电路前次取样所产生的第二取样值，根据所述的第一取样值、所述的第二取样值、一磁滞上限及一磁滞下限决定所述的第一电流设定信息；以及
频率检测器，连接所述的磁滞电路，检测所述的脉宽调变信号的频率产生检测信号给所述的磁滞电路以调整所述的磁滞上限及所述的磁滞下限；
其中，当所述的第一取样值大于所述的第二取样值及所述的磁滞上限时以及当所述的第一取样值小于所述的第二取样值及所述的磁滞下限时，所述的磁滞电路根据所述的第一取样值产生所述的第一电流设定信息，除此之外，所述的磁滞电路维持所述的第一电流设定信息不变。
9.如权利要求7所述的调光控制器，其特征在于，所述的调光控制器更包括：
第二暂存器，连接所述的补偿器，接收及储存所述的第二电流设定信息；以及
PWM产生器，连接所述的第二暂存器，根据储存在所述的第二暂存器的所述的第二电流设定信息产生第二脉宽调变信号至所述的调光控制器的输出端以供调整所述的LED上的平均电流。
10.如权利要求9所述的调光控制器，其特征在于，所述的PWM产生器根据所述的时脉信号以及来自所述的PWM工作周期比检测器的所述的第一电流设定信息控制所述的第二脉宽调变信号的工作周期比的变化速度。
11.如权利要求1所述的调光控制器，其特征在于，所述的补偿器包括乘法器将所述的第一电流设定信息乘上所述的补偿值以产生所述的第二电流设定信息。
12.一种控制LED亮度的调光控制方法，其特征在于，所述的调光控制方法包括下列步骤：
(A)接收及储存第一电流设定信息；
(B)根据所述的第一电流设定信息以及一与所述的LED特性相关的查询表决定补偿值；以及
(C)根据所述的补偿值对所述的第一电流设定信息进行补偿以产生第二电流设定信息用以决定所述的LED的亮度。
13.如权利要求12所述的调光控制方法，其特征在于，所述的步骤C包括根据所述的第二电流设定信息调整所述的LED的电流。
14.如权利要求12所述的调光控制方法，其特征在于，所述的步骤C包括根据所述的第二电流设定信息产生脉宽调变信号以调整所述的LED上的平均电流。
15.如权利要求12所述的调光控制方法，其特征在于，所述的调光控制方法更包括更新所述的查询表。
16.如权利要求12所述的调光控制方法，其特征在于，所述的调光控制方法更包括根据所述的LED的亮度及环境温度选择所述的查询表。
17.如权利要求12所述的调光控制方法，其特征在于，所述的调光控制方法更包括根据时脉信号检测脉宽调变信号的工作周期比以产生所述的第一电流设定信息。
18.如权利要求17所述的调光控制方法，其特征在于，所述的检测脉宽调变信号的工作周期比以产生所述的第一电流设定信息的步骤包括：
根据所述的时脉信号对所述的脉宽调变信号的工作周期比取样以产生第一取样值；
根据所述的脉宽调变信号的频率决定磁滞上限及磁滞下限；以及
当所述的第一取样值大于前次取样所产生的第二取样值及所述的磁滞上限时以及当所述的第一取样值小于所述的第二取样值及所述的磁滞下限时，根据所述的第一取样值产生所述的第一电流设定信息，除此之外，维持所述的第一电流设定信息不变。
19.如权利要求17所述的调光控制方法，其特征在于，所述的步骤C包括根据所述的第二电流设定信息产生第二脉宽调变信号以调整所述的LED上的平均电流。
20.如权利要求19所述的调光控制方法，其特征在于，所述的调光控制方法更包括根据所述的时脉信号以及所述的第一电流设定信息控制所述的第二脉宽调变信号的工作周期比的变化速度。
21.如权利要求12所述的调光控制方法，其特征在于，所述的步骤C包括将所述的第一电流设定信息乘上所述的补偿值以产生所述的第二电流设定信息。
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