CN103874301B - Led调光方法及装置 - Google Patents

Abstract

公开了LED调光方法及装置。所述LED调光方法包括：将一个亮度数据的全部n个数据位分成m个子周期，其中n是大于等于2的整数，m是大于等于1的整数；计算一个子周期预设权重C；构建全部n个数据位的位权重，使其组合可以表现全部亮度级；将全部n个数据位组合成m个子周期，使得每个子周期的权重都大致等于所述子周期预设权重；以及逐个子周期地进行相应数据位的显示。该子周期驱动方案可以减轻LED调光装置的计算负荷，从而降低成本。该LED调光方法及装置还可以保证每个子周期的时间长度基本一致，改善发光均匀性。

Description

LED调光方法及装置

技术领域

本发明涉及LED驱动电路技术，更具体地，涉及LED调光方法及装置。

背景技术

由于具有节能环保的优点，LED作为照明光源得到了广泛的应用。LED调光装置可以使得LED根据不同时间、不同地点以及用户的特定需求提供期望的亮度，不仅可以减少能耗，而且可以提供舒适的照明环境。

在现有的LED调光装置中，可以采用电流控制法和导通时间控制法来实现多级亮度。在电流控制法中，LED持续点亮，通过调节LED中流过的电流大小来控制其亮度。在导通时间控制法中，LED周期性地点亮和熄灭。根据亮度信号，改变PWM信号的占空比和/或频率，就可以调节LED中流过的平均电流大小来控制其亮度。该PWM信号的频率通常高于人眼的分辨率，从而可以利用高频来抑制频闪。

利用导通时间控制法的LED照明系统如图1所示。LED照明系统10包括LED调光装置11和LED驱动模块12。LED调光装置11接收用户操作等产生的亮度数据DATA，产生相应占空比的脉宽调制信号（即PWM信号）。PWM信号的占空比D为T_ON/T_总，频率f为1/T_总。LED驱动模块12接收PWM信号，根据PWM信号控制LED灯的点亮和熄灭。

由于LED照明的应用场合越来越广泛，对LED灯的PWM信号的频率和调光等级也要求越来越高，这就要求T_总尽可能短，同时调光等级更多。以PWM信号频率f=1KHz为例，此时T_总=1ms，若要实现2000级亮度调节等级，则LED调光装置11的时钟至少应为2MHz。因此在传统方案中，若要提高PWM信号频率，并实现更多亮度调节等级，就要求LED调光装置的时钟更高，处理速度更快。

因此，期望在LED照明系统中在提高调光等级的同时，减轻LED调光装置的计算负荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED调光方法及装置，以进一步提升照明效果。

根据本发明的一方面，提供一种LED调光方法，包括：将一个亮度数据的全部n个数据位分成m个子周期，其中n是大于等于2的整数，m是大于等于1的整数；计算一个子周期预设权重C；构建全部n个数据位的位权重，使其组合可以表现全部亮度级；将全部n个数据位组合成m个子周期，使得每个子周期的权重都大致等于所述子周期预设权重；以及逐个子周期地进行相应数据位的显示。

优选地，在所述方法中，所述全部n个数据位中的每一个数据位的位权重的数值范围是大于等于0且小于等于最大亮度级的任意整数。

优选地，在所述方法中，在所述m个子周期中，每一个子周期的数据位的个数p可以相同或不同，其中p为大于等于1的整数。

优选地，在所述方法中，每个子周期的数据位的个数p等于2。

优选地，在所述方法中，在构建全部n个数据位的位权重的步骤中，使得任意第i个数据位的位权重W(i)满足以下条件：

$W\left(i\right)\≤{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{i=1}W\left(j\right)+1.$

优选地，在所述方法中，所述计算一个子周期预设权重C的步骤包括：当LED照明系统的PWM信号的频率f既定的情况下，根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{1}{f*T}$

其中：

1/f表示PWM信号的周期；

T表示LED的最大驱动周期。

优选地，在所述方法中，所述计算一个子周期预设权重C的步骤包括：当LED照明系统的亮度级G既定的情况下，根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{G}{m}.$

优选地，在所述方法中，所述构建全部n个数据位的位权重的步骤包括：a）设定第1至第m个数据位的位权重W(1)～W(m)；以及b）根据关系式W(n+1-i)=C-W(i)，计算第m+1个数据位至第n个数据位的位权重W(m+1)～W(n)；其中，如果计算的权重不满足以下公式，则调整W(1)～W(m)的取值，重复步骤a）和b）,

$W\left(i\right)\≤{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{i=1}W\left(j\right)+1.$

优选地，在所述方法中，所述将全部n个数据位组合成m个子周期的步骤包括：分别将W(i)和W(n+1-i)组合成子周期，其中i为大于等于1的任意整数。

根据本发明的另一方面，提供一种LED调光装置，包括：位权重数据生成装置，用于计算或存储一个亮度数据的全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)，其中n是大于等于2的整数；子周期数据生成模块，用于将全部n个数据位组合成m个子周期，其中m是大于等于1的整数，并且将亮度信号中的亮度数据转换成m个子周期的数据位一一对应的数值；以及PWM模块，用于逐个子周期地输出PWM信号，以驱动LED，其中，子周期数据生成模块使得每个子周期的权重都大致等于一个相同的子周期预设权重C。

优选地，在所述LED调光装置中，所述全部n个数据位中的每一个数据位的位权重的数值范围是大于等于0且小于等于最大亮度级的任意整数。

优选地，在所述LED调光装置中，在所述m个子周期中，每一个子周期的数据位的个数p可以相同或不同，其中p为大于等于1的整数。

优选地，在所述LED调光装置中，所述位权重数据生成装置包括位权重存储器，所述位权重存储器预存储在LED外部计算获得的全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。

优选地，在所述LED调光装置中，所述位权重数据生成装置包括：子周期预设权重计算模块，用于获取显示系统预定的LED的工作频率，然后根据所述LED的工作频率计算子周期预设权重；位权重构建模块，用于构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)；以及系统亮度级计算模块，用于对全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)求和，以计算出系统亮度级G。

优选地，在所述LED调光装置中，所述子周期预设权重计算模块根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{1}{f*T}$

其中：

1/f表示PWM信号的周期；

T表示LED的最大驱动周期。

优选地，在所述LED调光装置中，所述位权重构建模块使得任意第i个数据位的位权重W(i)满足以下条件：

$W\left(i\right)\≤{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{i=1}W\left(j\right)+1.$

优选地，在所述LED调光装置中，所述位权重数据生成装置包括：子周期预设权重计算模块，用于获取显示系统预定的亮度级G，然后根据所述亮度级计算子周期预设权重；以及位权重构建模块，用于构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。

优选地，在所述LED调光装置中，所述子周期预设权重计算模块根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{G}{m}.$

优选地，在所述LED调光装置中，所述位权重构建模块使得任意第i个数据位的位权重W(i)满足以下条件：

$W\left(i\right)\≤{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{i=1}W\left(j\right)+1.$

本发明提出了一种新型的LED调光方法及装置。本发明的子周期驱动方案可以减轻LED调光装置的计算负荷，从而降低其成本。该LED调光方法及装置还可以保证每个子周期的时间长度基本一致，改善发光均匀性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为常规的LED照明系统的示意性框图；

图2为根据本发明第一实施例的LED调光方法的示意性流程图；

图3为根据本发明第二实施例的LED调光装置的示意性框图；

图4为根据本发明第三实施例的LED调光装置的示意性框图；以及

图5为根据本发明第四实施例的LED调光装置的示意性框图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图2为根据本发明第一实施例的LED调光方法的示意性流程图。在本发明的LED调光方法中，采用一个亮度数据表现其亮度级。

该亮度数据共有n个不同权重的数据位，其中n为大于等于2的整数。每个数据位的位权重以W(i)表示，即12个数据位的位权重分别为W（1）至W（12）。每个数据位的位权重W（i）不必等于W(i)=2^i-1，而是可以选择任意整数值。为了使n个不同权重的数据位可以表达级亮度，第i个数据位的位权重W(i)需要满足条件：

$W\left(i\right)\≤{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{i=1}W\left(j\right)+1---\left(1\right).$

将一个亮度数据的全部n个数据位分散成m个子周期，其中m为大于等于1的整数。在一个子周期内，包括p个数据位，其中p为大于等于1的整数。应当注意，每个子周期的数据位的个数p可以相同或不同。

如前所述，每个数据位的位权重W（i）不必等于W(i)=2^i-1。替代地，每个数据位的位权重的数值范围是大于等于0且小于等于最大亮度级的任意整数。预先设定每个数据位的位权重W（i）。每一个子周期的权重基本为恒定值，即每一个子周期中的全部p个数据位的位权重W(mi)之和大致等于一个子周期预设权重C，

${\mathrm{\Σ}}_{\mathrm{mi}=1}^{p}W\left(\mathrm{mi}\right)\≈C---\left(2\right).$

在一个实例中，每个子周期的数据位的个数p等于2，即每个子周期包括两个数据位。因此，所述亮度数据具有偶数个数据位，其中n=2*m。将最高权重W(n)的数据位和最小权重W(1)的数据位组合为一个子周期，次高权重W(n-1)的数据位和次小权重W(2)的数据位组合为一个子周期。依次类推，共组合得到m个子周期。第i个数据位和第n+1-i个数据位的位权重W(i)和W(n+1-i)组合成子周期权重：W(i)+W(n+1-i)。在本发明中，不同子周期的权重基本为近似相等的恒定值，即预设权重C，

W(i)+W(n+1-i)≈C (3)。

在该实例中，LED调光方法包括以下多个步骤，以满足上述公式（1）和（3）。

在步骤S01中，确定子周期预设权重C；

a)当LED照明系统的PWM频率指标f既定的情况下，根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{1}{f*T}---\left(4\right)$

其中：

1/f表示一个子周期的时间，也即PWM信号的周期；

T表示LED的最大驱动周期，该最大驱动周期与LED的足以抑制频闪的最小工作频率相对应；

b)当LED照明系统的亮度级G既定的情况下，由于m个子周期满足每个子周期的权重之和W(i)+W(n+1-i)≈C，因此C*m≈G，据此计算得到子周期预设权重

$C=\frac{G}{m}---\left(5\right)$

在步骤S02中，根据公式（1）和（3），构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。

在该步骤中，设定第1至第m个数据位的位权重W(1)～W(m)，使其满足公式（1）。然后，根据公式（3）获得的关系式W(n+1-i)=C-W(i)，计算第m+1个数据位至第n个数据位的位权重W(m+1)～W(n)。进一步地，判断第m+1个数据位至第n个数据位的位权重W(m+1)～W(n)是否满足公式（1）。如不满足公式（1），则调整W(1)～W(m)的取值，重新执行该步骤，直到全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)均满足公式（1）和（3）。

在步骤S03，在构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)之后，计算出系统亮度级 $G={\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{n}W\left(i\right).$

在步骤S04中，根据需要的亮度等级y，选择合适的n个数据位，使得其中D（i）为第i个数据位的亮度数字值，该数字值可以为1或0。

在步骤S05中，在显示时将最高权重W(n)的数据位和最小权重W(1)的数据位组合为一个子周期，次高权重W(n-1)的数据位和次小权重W(2)的数据位组合为一个子周期。依次类推，将全部n个数据位组合成m个子周期。

在步骤S06中，逐个子周期地进行相应数据位的显示。

图3为根据本发明第二实施例的LED调光装置100的示意性框图。在该实施例中，每个子周期包括两个数据位。该LED调光装置100例如是图1所示的LED调光装置的一部分，用于执行图2所示的LED调光方法，向LED驱动模块提供PWM信号以控制LED灯的点亮和熄灭。

LED调光装置100包括子周期预设权重计算模块101、位权重构建模块102、系统亮度级计算模块103、子周期数据生成模块105和PWM模块106。

子周期预设权重计算模块101获取显示系统预定的LED的工作频率，然后根据公式（4）计算子周期预设权重。子周期预设权重计算模块101将预设权重C提供给位权重构建模块102。

根据上述公式（1）和（3），位权重构建模块102构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。位权重构建模块102将其构建的数据位权重提供给系统亮度级计算模块103。

设定第1至第m个数据位的位权重W(1)～W(m)，使其满足公式（1）。然后，根据公式（3）获得的关系式W(n+1-i)=C-W(i)，计算第m+1个数据位至第n个数据位的位权重W(m+1)～W(n)。进一步地，判断第m+1个数据位至第n个数据位的位权重W(m+1)～W(n)是否满足公式（1）。如不满足公式（1），则调整W(1)～W(m)的取值，重新执行该步骤，直到全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)均满足公式（1）和（3）。

在系统亮度级计算模块103中，对全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)求和，以计算出系统亮度级G。然后，系统亮度级计算模块103将系统亮度级G提供给子周期数据生成模块105。

在子周期数据生成模块105中，将最高权重W(n)的数据位和最小权重W(1)的数据位组合为一个子周期，次高权重W(n-1)的数据位和次小权重W(2)的数据位组合为一个子周期。依次类推，将全部n个数据位组合成个子周期。子周期数据生成模块205还将亮度信号中的亮度数据转换成与m个子周期的数据位一一对应的数值。然后，子周期数据生成模块105将每个子周期的数据提供给PWM模块106。子周期数据包括该子周期的位数据及其位权重。

PWM模块106根据接收的子周期数据，逐个子周期地输出PWM信号，以驱动LED单元上的LED。

图4为根据本发明第三实施例的LED调光装置200的示意性框图。在该实施例中，每个子周期包括两个数据位。该LED调光装置200例如是图1所示的LED调光装置的一部分，用于执行图2所示的LED调光方法，向LED驱动模块提供PWM信号以控制LED灯的点亮和熄灭。

LED调光装置200包括子周期预设权重计算模块201、位权重构建模块202、子周期数据生成模块205和PWM模块206。

子周期预设权重计算模块201获取显示系统预定的亮度级（例如4096个亮度级），然后根据公式（5）计算子周期预设权重。子周期预设权重计算模块201将预设权重C提供给位权重构建模块202。

根据上述公式（1）和（3），位权重构建模块202构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。位权重构建模块202将其构建的数据位权重提供给子周期数据生成模块205。

在子周期数据生成模块205中，将最高权重W(n)的数据位和最小权重W(1)的数据位组合为一个子周期，次高权重W(n-1)的数据位和次小权重W(2)的数据位组合为一个子周期。依次类推，将全部n个数据位组合成个子周期。子周期数据生成模块205还获取亮度信号中的亮度数据，将其转换成与m个子周期的数据位一一对应的数值。然后，子周期数据生成模块205将每个子周期的数据提供给PWM模块206。子周期数据包括该子周期的位数据及其位权重。

PWM模块206根据接收的子周期数据，逐个子周期地输出PWM信号，以驱动LED单元上的LED。

图5为根据本发明第四实施例的LED调光装置300的示意性框图。在该实施例中，每个子周期包括两个数据位。该LED调光装置300例如是图1所示的LED调光装置的一部分，用于执行图2所示的LED调光方法，向LED驱动模块提供PWM信号以控制LED灯的点亮和熄灭。

LED调光装置300包括位权重存储器307、子周期数据生成模块305和PWM模块306。

在位权重存储器307中，存储预先构建的全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)的数据。例如，可以获取显示系统预定的LED的工作频率，根据公式（4）计算子周期预设权重。或者，替代地，可以获取显示系统预定的亮度级（例如4096个亮度级），根据公式（5）计算子周期预设权重。然后，根据公式（1）和（3）构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。在构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)之后，将其存储在LED调光装置300的位权重存储器307中。可以在调光装置外部的计算装置中，执行预先构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)的数据的操作，然后将该数据存储在位权重存储器307中。因此，仅仅将位权重存储器307作为LED调光装置300的一部分。

在子周期数据生成模块305中，将最高权重W(n)的数据位和最小权重W(1)的数据位组合为一个子周期，次高权重W(n-1)的数据位和次小权重W(2)的数据位组合为一个子周期。依次类推，将全部n个数据位组合成个子周期。子周期数据生成模块305还获取亮度信号中的亮度数据，将其转换成与m个子周期的数据位一一对应的数值。然后，子周期数据生成模块305将每个子周期的数据提供给PWM模块306。子周期数据包括该子周期的位数据及其位权重。

PWM模块306根据接收的子周期数据，逐个子周期地输出PWM信号，以驱动LED单元上的LED。

尽管在上述的第二至第四实施例中描述了LED调光装置将一个亮度数据的全部n个数据位分散成m个子周期，以及在一个子周期内包括两个数据位。然而，本发明不限于此，每个子周期的数据位的个数可以相同或不同，并且可以是大于等于1的任意整数。即使在每个子周期的数据位的个数不同的情形下，也可以根据上述公式（1）和（2）构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。

上述实施例的LED调光方法及驱动装置，既能很好的满足LED照明系统日益提高的LED的工作频率、亮度级等性能指标，又保证各个子周期的时间长度基本一致，提升了系统显示性能和照明效果。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化，例如改变每个子周期中的权重个数。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (16)

1.一种LED调光方法，包括：

将一个亮度数据的全部n个数据位分成m个子周期，其中n是大于等于2的整数，m是大于等于1的整数；

计算一个子周期预设权重C；

构建全部n个数据位的位权重，使其组合可以表现全部亮度级；

将全部n个数据位组合成m个子周期，使得每个子周期的权重都大致等于所述子周期预设权重；以及

逐个子周期地进行相应数据位的显示,

其中，在构建全部n个数据位的位权重的步骤中，使得任意第i个数据位的位权重W(i)满足以下公式：

$W\left(i\right)\≤{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{i-1}W\left(j\right)+1---\left(1\right).$

2.根据权利要求1所述的LED调光方法，其中，所述全部n个数据位中的每一个数据位的位权重的数值范围是大于等于0且小于等于最大亮度级的任意整数。

3.根据权利要求1所述的LED调光方法，其中，在所述m个子周期中，每一个子周期的数据位的个数p可以相同或不同，其中p为大于等于1的整数。

4.根据权利要求3所述的LED调光方法，其中，每个子周期的数据位的个数p等于2。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的LED调光方法，其中，所述计算一个子周期预设权重C的步骤包括：

当LED照明系统的PWM信号的频率f既定的情况下，根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{1}{f*T}---\left(2\right)$

其中：

1/f表示PWM信号的周期；

T表示LED的最大驱动周期。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的LED调光方法，其中，所述计算一个子周期预设权重C的步骤包括：

当LED照明系统的亮度级G既定的情况下，根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{G}{m}---\left(3\right).$

7.根据权利要求4所述的LED调光方法，其中，所述构建全部n个数据位的位权重的步骤包括：

a)设定第1至第m个数据位的位权重W(1)～W(m)；以及

b)根据关系式W(n+1-i)＝C-W(i)，计算第m+1个数据位至第n个数据位的位权重W(m+1)～W(n)；

其中，如果计算的权重不满足所述公式(1)，则调整W(1)～W(m)的取值，重复步骤a)和b)。

8.根据权利要求7所述的LED调光方法，其中，所述将全部n个数据位组合成m个子周期的步骤包括：

分别将W(i)和W(n+1-i)组合成子周期，其中i为大于等于1的任意整数。

9.一种LED调光装置，包括：

位权重数据生成装置，用于计算一个子周期预设权重C，以及计算或存储一个亮度数据的全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)，其中n是大于等于2的整数；

子周期数据生成模块，用于将全部n个数据位组合成m个子周期，其中m是大于等于1的整数，并且将亮度信号中的亮度数据转换成m个子周期的数据位一一对应的数值；以及

PWM模块，用于逐个子周期地输出PWM信号，以驱动LED，

其中，所述位权重数据生成装置使得任意第i个数据位的位权重W(i)满足以下公式：

$W\left(i\right)\≤{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{i-1}W\left(j\right)+1---\left(1\right),$

所述子周期数据生成模块使得每个子周期的权重都大致等于一个相同的子周期预设权重C。

10.根据权利要求9所述的LED调光装置，其中，所述全部n个数据位中的每一个数据位的位权重的数值范围是大于等于0且小于等于最大亮度级的任意整数。

11.根据权利要求9所述的LED调光装置，其中，在所述m个子周期中，每一个子周期的数据位的个数p可以相同或不同，其中p为大于等于1的整数。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的LED调光装置，其中所述位权重数据生成装置包括位权重存储器，所述位权重存储器预存储在LED外部计算获得的全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。

13.根据权利要求9至11中任一项所述的LED调光装置，其中所述位权重数据生成装置包括：

子周期预设权重计算模块，用于获取显示系统预定的LED的工作频率，然后根据所述LED的工作频率计算子周期预设权重；

位权重构建模块，用于构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)；以及

系统亮度级计算模块，用于对全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)求和，以计算出系统亮度级G。

14.根据权利要求13所述的LED调光装置，其中所述子周期预设权重计算模块根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{1}{f*T}---\left(2\right)$

其中：

1/f表示PWM信号的周期；

T表示LED的最大驱动周期。

15.根据权利要求9至11中任一项所述的LED调光装置，其中所述位权重数据生成装置包括：

子周期预设权重计算模块，用于获取显示系统预定的亮度级G，然后根据所述亮度级计算子周期预设权重；以及

位权重构建模块，用于构建全部n个数据位的位权重W(1)～W(n)。

16.根据权利要求15所述的LED调光装置，其中所述子周期预设权重计算模块根据下述公式确定子周期预设权重

$C=\frac{G}{m}---\left(3\right).$