CN104602411A - 一种led亮度与色度一致性调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED亮度与色度一致性调节装置及方法，装置包括大灯供电开关、调光器，大灯供电开关输出大灯信号至检测电路，调光器连接调光PWM采集电路，检测电路、调光PWM采集电路均连接微处理单元，微处理单元连接PWM调节电路，PWM调节电路连接LED单元；方法包括检测步骤：检测到大灯供电开关打开则进行PWM_IN信号处理步骤；PWM_IN信号处理步骤：对采集的低频率PWM_IN信号处理后输出高频率、占空比范围为设定占空比范围乘以LED实际工作电流与LED分光分色电流之比的PWM_CTL信号；PWM_OUT信号输出步骤：根据PWM_CTL信号输出信号PWM_OUT至LED单元。本发明避免了LED灯光闪烁和用LED做背光时LCD闪烁，解决了仪表台、汽车音响面板、显示器的LED灯光亮度与色度一致性的问题。

Description

一种LED亮度与色度一致性调节装置及方法

技术领域

本发明涉及LED亮度与色度调节技术领域，尤其涉及一种LED亮度与色度一致性调节装置及方法。

背景技术

随着汽车行业向高端、人性化的方向发展，LED大量使用在汽车设备上，给用户带来舒适的视觉感受。车用LED已由传统的固定亮度与色度发展到使用调光器来调节亮度与色度，给用户带来了更好的视觉感受及安全性，但仍然存在以下不足：

1)使用在带有调光器的汽车显示用LCD屏上，在灯光点亮时，会出现屏闪的问题；

2)使用在汽车仪表台、车载音响等车内设备上，会因灯光过亮、亮度与色度一致性差等原因造成灯光刺眼，造成视觉疲惫，影响驾驶安全。针对此问题，汽车厂家对一些颜色刺眼的灯光(如红色灯等)要求亮度变得更低，但亮度变低将对汽车仪表台、车载音响供应商的产品设计提出一大难题，最终会使得LED亮度与色度的一致性更差。

发明内容

本发明提供一种LED亮度与色度一致性调节装置及方法，避免了LED灯光闪烁和用LED做背光时LCD闪烁，解决了仪表台、汽车音响面板、显示器的LED灯光亮度与色度一致性的问题。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明一方面提供一种LED亮度与色度一致性调节装置，包括控制大灯供电的大灯供电开关、调光器，所述大灯供电开关输出大灯信号至检测电路，所述调光器连接调光PWM采集电路，所述检测电路、所述调光PWM采集电路均连接微处理单元，所述微处理单元连接PWM调节电路，所述PWM调节电路连接LED单元，所述PWM调节电路还连接所述大灯供电开关；

所述检测电路用于检测大灯供电开关是否打开，检测到大灯供电开关打开则发出通知信号到所述微处理单元，所述微处理单元被激活工作，输出PWM信号；

所述调光PWM采集电路用于采集调光器输出的设定占空比范围的低频率PWM信号PWM_ADJ并输出PWM_IN发送给所述微处理单元；

所述微处理单元用于输出高频率PWM信号PWM_CTL至PWM调节电路，其占空比范围为所述设定占空比范围乘以根据需要调整的LED实际工作电流与LED分光分色电流之比；所述PWM调节电路用于根据所述微处理单元输出的PWM_CTL信号输出信号至LED单元。

进一步地，所述检测电路设置有第一三极管，所述第一三极管的基极连接第一二极管的负极，第一二极管的正极与所述大灯供电开关连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极连接所述微处理单元的输入输出端口；

所述调光PWM采集电路设置有第二三极管，所述第二三极管的基极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第一电容后接地，所述第一电阻的另一端还连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接调光器的输出端，所述第二三极管的基极还串接第二电阻后接电源，所述第二三极管的发射极接电源，所述第二三极管的集电极串接第三电阻后接RC并联电路的一端，所述RC并联电路的另一端接地，所述RC并联电路由第四电阻和第二电容并联构成，所述RC并联电路的一端还连接所述微处理单元的第一时间采集端口；

所述微处理单元的第二时间采集端口作为信号输出端连接PWM调节电路；

所述PWM调节电路设置有第三三极管、第四三极管、第五三极管，所述第三三极管的基极连接所述微处理单元的第二时间采集端口，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极串接第五电阻后连接第四三极管的基极，第四三极管的基极串接第六电阻后连接第五三极管的集电极，第四三极管的发射极串接第七电阻后连接第五三极管的集电极，第五三极管的集电极连接所述第一二极管的负极，第五三极管的集电极还连接第三电容与极性电容构成的并联电路的一端，所述并联电路的另一端接地，第四三极管的集电极连接第五三极管的基极，第五三极管的基极还连接肖特基二极管的负极，所述肖特基二极管的正极接地，所述第五三极管的发射极连接所述LED单元；

所述LED单元设有发光二极管，所述发光二极管的正极串接第八电阻后连接所述第五三极管的发射极，所述发光二极管的负极接地。

本发明另一方面提供一种LED亮度与色度一致性调节方法，包括：

检测步骤：检测大灯供电开关是否打开，检测到大灯供电开关打开则进行PWM_IN信号处理步骤；

PWM_IN信号处理步骤：采集调光PWM采集电路输出的低频率PWM_IN信号，获取该PWM信号的频率和占空比，根据设定的转换关系重新初始化相应的定时器模块或PWM模块的时钟，输出高频率的PWM信号PWM_OUT，其占空比为所述PWM_IN的占空比乘以根据需要调整的LED实际工作电流与LED分光分色电流之比；

PWM_OUT信号输出步骤：根据所述PWM_CTL信号输出PWM_OUT信号至LED单元。

进一步地，在PWM_IN信号处理步骤中，对PWM_IN信号的占空比的处理使得在PWM_OUT信号输出高电平时LED工作在分光分色电流状态，在低电平时不工作，且分光分色电流状态在整个脉冲方波中所占时间比例为LED实际工作电流与LED分光分色电流之比。

进一步地，在PWM_IN信号处理步骤中，还包括同步调光器的亮度范围等级，但在采集PWM_IN信号时需对每一个等级的边沿部分读取N次以判定灯光亮度范围应在上一级还是在下一级，读取次数≥10。

或者，进一步地，在PWM信号处理步骤中，还包括将处理后输出的PWM_CTL信号的占空比范围分等级处理，等级要求≥14。

又或者，进一步地，在PWM_IN信号处理步骤中，还包括同步调光器的亮度范围等级，但在采集PWM_IN信号时需对每一个等级的边沿部分读取N次以判定灯光亮度范围应在上一级还是在下一级，并将处理后输出的PWM_CTL信号的占空比范围分等级处理。

本发明的有益效果在于：本发明通过微处理器单元来采集调光器的低频率的PWM信号，然后微处理器单元输出与调光器不同占空比、更高频率的PWM信号，解决了调光器低频率时会影响LED做LCD屏背光时屏闪烁的问题；

本发明还通过微处理单元采集调光器的设定占空比范围的PWM信号，然后根据需要的亮度调整出的实际电流与LED不同的分光分色电流成正比，通过微处理器输出所述设定占空比范围乘以LED实际工作电流与LED分光分色电流之比的占空比来达到当汽车仪表台、车载音响面板灯光最亮时的良好一致性。

附图说明

图1是本发明的LED亮度与色度一致性调节装置的结构示意图；

图2是本发明的LED亮度与色度一致性调节装置的电路示意图；

图3是本发明的LED亮度与色度一致性调节方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

如图1所示，本发明的实施例一方面提供一种LED亮度与色度一致性调节装置，包括控制大灯供电的大灯供电开关1、调光器2，调光器，指车用调光器，根据环境的光线要求对车内仪表台灯光亮度进行调节的部件；所述大灯供电开关1连接检测电路3，所述调光器2连接调光PWM采集电路4，所述检测电路3、所述调光PWM采集电路4均连接微处理单元5，所述微处理单元5连接PWM调节电路6，所述PWM调节电路6连接LED单元7，所述PWM调节电路6还连接所述大灯供电开关1；

所述检测电路3用于检测大灯供电开关1是否打开，检测到大灯供电开关1打开则发出通知信号到所述微处理单元5，所述微处理单元5被激活工作，输出PWM信号；

所述调光PWM采集电路4用于采集调光器2输出的设定占空比范围的低频率PWM信号PWM_ADJ并输出PWM_IN发送给所述微处理单元5；

所述微处理单元5用于输出高频率PWM信号PWM_CTL至PWM调节电路6，其占空比范围为所述设定占空比范围乘以根据需要调整的LED实际工作电流与LED分光分色电流之比；

所述PWM调节电路6用于根据所述微处理单元5输出的PWM_CTL信号输出PWM_OUT信号至LED单元7。

如图2所示，在本发明的实施例中，所述检测电路3设置有第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的基极连接第一二极管D1的负极，第一二极管D1的正极与所述大灯供电开关1连接，所述第一三极管Q1的发射极接地，所述第一三极管Q1的集电极连接所述微处理单元5的输入输出端口I/O；所述大灯供电开关1打开后输出高电平信号至所述第一三极管Q1的基极。

所述调光PWM采集电路4设置有第二三极管Q2，所述第二三极管Q2的基极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一电容C1后接地，所述第一电阻R1的另一端还连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接调光器2的输出端，所述第二三极管Q2的基极还串接第二电阻R2后接电源VDD，所述第二三极管Q2的发射极接电源VDD，所述第二三极管Q2的集电极串接第三电阻R3后接RC并联电路的一端，所述RC并联电路的另一端接地，所述RC并联电路由第四电阻R4和第二电容C2并联构成，所述RC并联电路的一端还连接所述微处理单元5的第一时间采集端口TIM1；

所述微处理单元5的第二时间采集端口TIM2作为信号输出端连接PWM调节电路6；

所述PWM调节电路6设置有第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5，所述第三三极管Q3的基极连接所述微处理单元5的第二时间采集端口TIM2，所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第三三极管Q3的集电极串接第五电阻R5后连接第四三极管Q4的基极，第四三极管Q4的基极串接第六电阻R6后连接第五三极管Q5的集电极，第四三极管Q4的发射极串接第七电阻R7后连接第五三极管Q5的集电极，第五三极管Q5的集电极连接所述第一二极管D1的负极，第五三极管Q5的集电极还连接第三电容C3与极性电容EC1构成的并联电路的一端，所述并联电路的另一端接地，第四三极管Q4的集电极连接第五三极管Q5的基极，第五三极管Q5的基极还连接肖特基二极管Z1的负极，所述肖特基二极管Z1的正极接地，所述第五三极管Q5的发射极连接所述LED单元7；其中，第五三极管Q5的集电极连接所述第一二极管D1的负极，从而大灯供电开关1还为PWM调节电路6供电。

所述LED单元7设有发光二极管LED1，所述发光二极管LED1的正极串接第八电阻R8后连接所述第五三极管Q5的发射极，所述发光二极管LED1的负极接地。

如图3所示，本发明另一方面提供一种LED亮度与色度一致性调节方法，包括：检测步骤：检测大灯供电开关是否打开，检测到大灯供电开关打开则进行PWM_IN信号处理步骤；

PWM_IN信号处理步骤：采集调光PWM采集电路4输出的低频率PWM_IN信号，获取该PWM信号的频率和占空比，根据设定的转换关系重新初始化相应的定时器模块或PWM模块的时钟，输出高频率的PWM信号PWM_CTL，其占空比为所述PWM_IN的占空比乘以根据需要调整的LED实际工作电流与LED分光分色电流之比；

PWM_OUT信号输出步骤：根据所述PWM_CTL信号输出PWM_OUT信号至LED单元7。

在所述PWM_IN信号处理步骤中，“采集调光PWM采集电路4输出的低频率PWM_IN信号，获取该PWM信号的频率和占空比”，具体为：将第一时间采集端口TIM1配置成上升沿或下降沿中断，捕捉采集PWM_IN信号，每触发一次中断获取一次时间，完成一个周期触发时，做差运算后计算其频率，占空比＝高电平持续时间/信号周期；

在本实施例中，PWM_IN信号处理步骤实现了LED用做LCD屏背光时，微处理单元5输出的PWM_CTL信号频率是LCD刷新频率的10倍以上。

微处理单元5输出的PWM_CTL信号的占空比范围确定方法如下：

1)确定LED的分光分色电流I1。LED分光分色电流是LED厂家在对LED出厂检测时采用的统一的电流(常规为5mA和20mA)测出的亮度及色度值，LED工作在分光分色电流值时是一致性最好的状态。以I1＝5mA为例；

2)根据需要的亮度要求确定LED灯的实际工作电流I2。以要求LED工作在1mA时的亮度要求为例，即I2＝1mA；

经PWM调节电路6处理后输出的PWM_OUT高电平为PWM调节电路6的稳压输出U，低电平为0V，以U＝9V为例；LED灯的压降为U1，以U1＝3V为例；

调光器2输出的PWM_ADJ信号的占空比为P，其占空比是分等级输出的，以P＝20％～100％为例；

在本实施例中，由于LED亮度是通过PWM_OUT来调节的，LED不会一直工作在分光分色电流I1状态，所以可以使LED在PWM_OUT信号高电平U期间工作在分光分色电流I1状态，低电平时不工作。当LED工作在分光分色电流I1状态时，限流电阻R8＝(U-U1)/I1，由此可计算出R8＝(9V-3V)/5mA＝1.2KΩ。

由于LED实际工作电流为I2，因此分光分色电流I1状态在整个脉冲方波中所占时间比例为LED实际工作电流I2与LED分光分色电流I1之比，即I2/I1；也就是说，从微处理单元5输出的PWM_CTL信号的占空比范围为P*(I2/I1)。

在本实施例中，在PWM_IN信号处理步骤中，还包括同步调光器2的亮度范围等级，但在采集PWM_IN信号时需对每一个等级的边沿部分读取N次以判定灯光亮度范围应在上一级还是在下一级，其中，N≥10。

在本实施例中，或者，在PWM_IN信号处理步骤中，还包括将处理后输出的PWM_CTL信号的占空比范围分等级处理，等级要求≥14。

又或者，在PWM_IN信号处理步骤中，还包括同步调光器2的亮度范围等级，但在采集PWM_IN信号时需对每一个等级的边沿部分读取N次以判定灯光亮度范围应在上一级还是在下一级，并将处理后输出的PWM_CTL信号的占空比范围分等级处理，但对PWM_CTL信号的占空比范围等级不做要求，以便在调光器调光时LED不会闪烁。

在本实施例中，PWM调节电路6根据PWM_CTL信号输出PWM_OUT信号至LED单元，即LED单元在PWM_OUT一个周期T内有P*(I2/I1)*T的时间处于分光分色电流I1工作状态，有[1-P*(I2/I1)]*T的时间处于不工作状态，到达LED单元的电流近似为P*(I2/I1)*I1＝P*I2；最亮时为I2；

以图2为例，调光器2最亮时，即占空比100％时，微处理单元5输出一个占空比约为20％的PWM_CTL信号，这样让LED的20％时间工作在5mA点亮状态，80％时间工作在关闭状态，每个周期到达LED的电流约为20％*5mA＝1mA。即让LED工作在5mA状态，但是也达到了LED的亮度要求。当将调光器2调暗时，相应的微处理单元5输出的PWM_CTL信号的占空比也降低，具体调节到什么程度需根据实车调光来实际调节。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种LED亮度与色度一致性调节装置，包括控制大灯供电的大灯供电开关、调光器，其特征在于：所述大灯供电开关输出大灯信号至检测电路，所述调光器连接调光PWM采集电路，所述检测电路、所述调光PWM采集电路均连接微处理单元，所述微处理单元连接PWM调节电路，所述PWM调节电路连接LED单元，所述PWM调节电路还连接所述大灯供电开关；

所述检测电路用于检测大灯供电开关是否打开，检测到大灯供电开关打开则发出通知信号到所述微处理单元，所述微处理单元被激活工作，输出PWM信号；

所述调光PWM采集电路用于采集调光器输出的设定占空比范围的低频率PWM信号PWM_ADJ并输出PWM_IN信号发送给所述微处理单元；

所述微处理单元用于输出高频率PWM信号PWM_CTL至PWM调节电路，其占空比范围为所述设定占空比范围乘以根据需要调整的LED实际工作电流与LED分光分色电流之比；

所述PWM调节电路用于根据所述微处理单元输出的PWM_CTL信号输出PWM_OUT信号至LED单元。

2.根据权利要求1所述的LED亮度与色度一致性调节装置，其特征在于：

所述检测电路设置有第一三极管，所述第一三极管的基极连接第一二极管的负极，第一二极管的正极与所述大灯供电开关连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极连接所述微处理单元的输入输出端口；

所述调光PWM采集电路设置有第二三极管，所述第二三极管的基极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第一电容后接地，所述第一电阻的另一端还连接第二二极管的正极，第二二极管的负极连接调光器的输出端，所述第二三极管的基极还串接第二电阻后接电源，所述第二三极管的发射极接电源，所述第二三极管的集电极串接第三电阻后接RC并联电路的一端，所述RC并联电路的另一端接地，所述RC并联电路由第四电阻和第二电容并联构成，所述RC并联电路的一端还连接所述微处理单元的第一时间采集端口；

所述微处理单元的第二时间采集端口作为信号输出端连接PWM调节电路；

所述PWM调节电路设置有第三三极管、第四三极管、第五三极管，所述第三三极管的基极连接所述微处理单元的第二时间采集端口，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的集电极串接第五电阻后连接第四三极管的基极，第四三极管的基极串接第六电阻后连接第五三极管的集电极，第四三极管的发射极串接第七电阻后连接第五三极管的集电极，第五三极管的集电极连接所述第一二极管的负极，第五三极管的集电极还连接第三电容与极性电容构成的并联电路的一端，所述并联电路的另一端接地，第四三极管的集电极连接第五三极管的基极，第五三极管的基极还连接肖特基二极管的负极，所述肖特基二极管的正极接地，所述第五三极管的发射极连接所述LED单元；

所述LED单元设有发光二极管，所述发光二极管的正极串接第八电阻后连接所述第五三极管的发射极，所述发光二极管的负极接地。

3.一种LED亮度与色度一致性调节方法，其特征在于，包括：

检测步骤：检测大灯供电开关是否打开，检测到大灯供电开关打开则进行PWM_IN信号处理步骤；

PWM_IN信号处理步骤：采集调光PWM采集电路输出的低频率PWM_IN信号，获取该PWM信号的频率和占空比，根据设定的转换关系重新初始化相应的定时器模块或PWM模块的时钟，输出高频率的PWM信号PWM_CTL，其占空比为所述PWM_IN的占空比乘以根据需要调整的LED实际工作电流与LED分光分色电流之比；

PWM_OUT信号输出步骤：根据所述PWM_CTL信号输出PWM_OUT信号至LED单元。

4.根据权利要求3所述的LED亮度与色度一致性调节方法，其特征在于：

在PWM_IN信号处理步骤中，对PWM_IN信号的占空比的处理使得在PWM_OUT信号输出高电平时LED工作在分光分色电流状态，在低电平时不工作，且分光分色电流状态在整个脉冲方波中所占时间比例为LED实际工作电流与LED分光分色电流之比。

5.根据权利要求3所述的LED亮度与色度一致性调节方法，其特征在于：

在PWM_IN信号处理步骤中，还包括同步调光器的亮度范围等级，但在采集PWM_IN信号时需对每一个等级的边沿部分读取N次以判定灯光亮度范围应在上一级还是在下一级。

6.根据权利要求3所述的LED亮度与色度一致性调节方法，其特征在于：

在PWM信号处理步骤中，还包括将PWM_CTL信号的占空比范围分等级处理，等级要求≥14。

7.根据权利要求3所述的LED亮度与色度一致性调节方法，其特征在于：

在PWM_IN信号处理步骤中，还包括同步调光器的亮度范围等级，但在采集PWM_IN信号时需对每一个等级的边沿部分读取N次以判定灯光亮度范围应在上一级还是在下一级，并将PWM_CTL信号的占空比范围分等级处理。