CN106102252A

CN106102252A - Led调光方法及调光装置

Info

Publication number: CN106102252A
Application number: CN201610621367.4A
Authority: CN
Inventors: 张传美
Original assignee: Hangzhou Xinxun Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Xinxun Technology Co Ltd
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2036-07-29
Also published as: CN106102252B

Abstract

本申请公开了LED调光方法及调光装置。所述LED调光方法包括：将LED的调光周期分成多个子周期；将亮度数据的位权重分散至所述多个子周期中，从而获得子周期数据的位权重；根据亮度数据和子周期数据的位权重生成子周期数据；以及逐个子周期地进行子周期数据的显示，使得LED灯在调光周期中累积的有效点亮时间与亮度数据的数值相对应，其中，将亮度数据的至少一些数据位共同作为余数位且指定余数位的位权重。该LED调光方法及调光装置可以在提高亮度级的同时减轻LED调光装置的计算负荷。

Description

LED调光方法及调光装置

技术领域

本发明涉及LED照明技术，更具体地，涉及LED调光方法及调光装置。

背景技术

发光二极管(LED)作为照明光源具有节能环保的优点，从而得到了广泛的应用。在LED照明系统中可以采用LED调光装置，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。LED调光装置不仅可以减少能耗，而且可以提供舒适的照明环境。

在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，改变脉宽调制(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。

一种常规的LED照明系统如图1所示，其中采用导通时间控制法调节亮度。该LED照明系统100包括LED调光装置110和LED驱动模块120。LED调光装置110接收用户操作等产生的亮度数据DATA，根据亮度数据DATA产生相应占空比的PWM信号。PWM信号的占空比D为Ton/Tpwm，其中Ton为导通时间，Tpwm为PWM信号周期。PWM信号频率f为1/Tpwm。LED驱动模块120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信号的频率和亮度级也要求越来越高。一方面，希望LED调光装置的PWM信号周期Tpwm越来越短，另一方面希望LED调光装置仍能达到期望数量的亮度级。以PWM信号频率f＝1KHz为例，此时PWM信号周期Tpwm＝1ms。为了实现2000级亮度级，则LED调光装置110的系统时钟频率至少应为2MHz。因此在现有方案中，若要提高PWM信号频率，并实现更多亮度级，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照明系统中在提高亮度级的同时，减轻LED调光装置的计算负荷。

发明内容

本发明提出一种LED调光方法及调光装置，其中将亮度数据的位权重分散至多个子周期中，从而在提高亮度级的同时减轻LED调光装置的计算负荷。

根据本发明的第一方面，提供一种LED调光方法，包括：将LED的调光周期分成多个子周期；将亮度数据的位权重分散至所述多个子周期中，从而获得子周期数据的位权重；根据亮度数据和子周期数据的位权重生成子周期数据；以及逐个子周期地进行子周期数据的显示，使得LED灯在调光周期中累积的有效点亮时间与亮度数据的数值相对应，其中，将亮度数据的至少一些数据位共同作为余数位且指定余数位的位权重。

优选地，所述余数位的位权重与邻近高位数据位的权重相同。

优选地，所述子周期数据的数据位数量小于所述亮度数据的位数据。

优选地，所述子周期数据中每个数据位的权重与所述多个子周期的数量之间的乘积，大于等于所述亮度数据相应数据位的权重。

优选地，所述多个子周期分别包含多个PWM信号周期，在所述多个PWM周期中逐个数据位显示所述子周期数据。

优选地，在所述多个PWM信号周期中，PWM信号的占空比与所述子周期数据的位权重相对应。

优选地，在每个PWM信号周期中，所述LED灯的点亮或熄灭取决于所述子周期数据的相应数据位的数值，持续时间取决于所述子周期数据的相应数据位的位权重。

优选地，所述子周期数据的高有效位对应于所述亮度数据的高有效位，所述子周期数据的所述余数位对应于所述亮度数据的至少两个低有效位。

优选地，在所述多个子周期中，所述子周期数据的高有效位的数值与所述亮度数据的相应高有效位的数值相同。

优选地，在所述多个子周期中，所述子周期数据的余数位取值0或1，使得在所述多个子周期中的数值之和等于所述亮度数据相应数据位的数值。

根据本发明的第二方面，提供一种LED调光装置，包括：位权重存储器，用于存储预先构建的位权重数据；子周期数据生成模块，用于根据亮度数据和位权重数据，获得子周期数据；以及子周期信号输出模块，用于根据子周期数据，逐个子周期地输出亮度驱动信号，以驱动LED灯，其中，所述位权重数据包括所述子周期数据的余数位的位权重，所述余数位对应于所述亮度数据的至少两个数据位，所述LED灯在调光周期中累积的有效点亮时间与亮度数据的数值相对应。

优选地，所述子周期数据生成模块将所述亮度数据的多个数据位的权重，分散在多个子周期中。

优选地，所述子周期数据生成模块在在所述多个子周期中，将所述子周期数据的高有效位的数值设置为与所述亮度数据的相应数据位的数值相同，将所述子周期数据的余数位的数值设置为取值0或1，使得在所述多个子周期中的数值之和等于所述亮度数据相应数据位的数值。

优选地，所述子周期信号输出模块根据子周期数据产生逐位对应的输出信号，使得LED灯按照逐位分时显示的方式点亮或熄灭。

根据本发明实施例的LED调光方法及LED调光装置，将亮度数据分散至多个子周期中进行亮度显示。在该LED调光方法中，每个调光周期包括多个子周期，并且子周期数据的最高有效位的权重可以小于亮度数据的最高有效位的权重。即使提高LED灯的亮度级，也可以利用多个子周期的累加效果获得所需的位权重，而不需要提高LED调光装置的系统时钟频率。该LED调光方法及LED调光装置可以在提高亮度级的同时减轻LED调光装置的计算负荷。

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示出常规的LED显示系统的示意性框图；

图2示出根据本发明的实施例的LED调光方法的示意性流程图；

图3示出根据本发明的实施例的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。

在本发明的LED调光方法中，采用导通时间控制法调节亮度。该方法可以应用于图1所示的LED照明系统100，该LED照明系统100包括LED调光装置110和LED驱动模块120。LED调光装置110接收用户操作等产生的亮度数据DATA，根据亮度数据DATA产生相应占空比的PWM信号。PWM信号的占空比D为Ton/Tpwm，其中Ton为导通时间，Tpwm为PWM信号周期。相应地，PWM信号频率f为1/Tpwm。LED驱动模块120接收PWM信号，根据PWM信号控制LED灯，从而按照逐位分时显示的方式点亮或熄灭所述LED灯。

在该LED调光方法中，采用亮度数据DATA表现亮度级。该亮度数据DATA共有n个不同权重的数据位，其中n为大于等于2的整数。亮度数据DATA的第i个数据位的位权重一般采用2^i-1来表示，其中i为大于等于1的整数。

在本申请中，位数据的权重表示在逐位分时显示时的有效持续时间，即在相应的位数值为1时，LED灯点亮的有效持续时间，在相应的位数值为0时，LED灯熄灭的有效持续时间。在下文的描述中以12位亮度数据D[0:11]为例进行说明。假设亮度数据最低有效位对应的位权重W(1)为1，则第i个数据位D[i-1]对应的位权重W(i)为2^i-1,如表1所示。例如，第1个数据位D[0]的位权重为1，第12个数据位D[11]的位权重为2048，也即，在与第12个数据位D[11]相对应的有效持续时间是与第1个数据位D[11]相对应的有效持续时间的2048倍。

表1表示根据现有技术的LED调光方法中12个数据位的位权重

亮度数据位	D[0]	D[1]	D[2]	D[3]	D[4]	D[5]	D[6]	D[7]	D[8]	D[9]	D[10]	D[11]
													权重W(i)	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512	1024	2048

在一个PWM信号周期Tpwm中，LED调光装置110逐位点亮或熄灭所述LED灯。LED灯的点亮或熄灭取决于相应数据位的数值，持续时间取决于相应数据位的位权重。在一个PWM信号周期Tpwm表现一个12位亮度数据对应的亮度级，即在PWM信号周期Tpwm中的有效点亮时间与12位亮度数据的数值相对应。采用12位亮度数据D[0:11]可以表现4096级亮度。

在上述的LED调光方法中，LED调光装置110依次根据每个数据位的位权重调节PWM信号的占空比。LED调光装置的系统时钟周期T与亮度数据位的总有效权重相关。参见表1，在12位亮度数据D[0:11]中，最高有效位D[11]的位权重为2048，总有效权重为4095。PWM信号周期Tpwm＝4095T。根据现有技术的LED调光方法为了实现提高亮度级，就必须相应地提高LED调光装置的系统时钟频率，从而LED调光装置的硬件要求相应提高，计算负荷相应加重。

本发明人提出进一步改进的LED调光方法，其中将上述亮度数据进行分散处理，以便在获得高调光等级的同时减轻对LED调光装置的硬件要求和计算负荷。在该LED调光方法中，将每个调光周期分成多个子周期，用于表现与一个亮度数据对应的亮度级。为此，针对高有效位的数据位，将每个数据位的位权重分散至多个子周期中，针对低有效位的数据位，共同作为余数位，将余数位的位权重分散至多个子周期的至少一些子周期中。根据亮度数据和各个数据位的位权重生成子周期数据，使得在由多个子周期组成的调光周期中累积的有效点亮时间与12位亮度数据的数值相对应。

图2示出根据本发明的实施例的LED调光方法的示意性流程图。

在步骤S01中，将LED的调光周期分成多个子周期。在一个实例中，LED调光周期包含4个子周期，每个子周期由一个PWM信号周期Tpwm组成。

在步骤S02中，将亮度数据的位权重分散至所述多个子周期中，从而获得子周期数据的位权重，其中，将亮度数据的至少一些数据位共同作为余数位且指定余数位的位权重。在一个实例中，将12位亮度数据的2位最低有效位作为余数位，余数位在多个子周期中的权重与邻近高位数据位的权重相同。

在步骤S03中，根据亮度数据和子周期数据的位权重生成子周期数据。在一个实例中，子周期数据为11位数据，包括余数位和10个数据位，所述余数位在每个子周期中的数值可为0或1，第2至第11位数据位的数值与亮度数据相应数据位的数值相等。

在步骤S04中，逐个子周期地进行子周期数据的显示，使得在调光周期中累积的有效点亮时间与亮度数据的数值相对应。

在一个实例中，将12位亮度数据D[0:11]分散到4个子周期中进行显示，其中对亮度数据进行如下处理：D[0:11]＝2²*D[2:11]+D[0:1]。该亮度数据的高有效位D[2:11]和余数位R对应的权重Wj(i)如表2所示。

表2表示根据本发明第一实施例的LED调光方法中12个数据位的位权重

亮度数据位	R	D[2]	D[3]	D[4]	D[5]	D[6]	D[7]	D[8]	D[9]	D[10]	D[11]
												权重W1(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512
权重W2(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512
												权重W3(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512
权重W4(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256	512

在根据本发明第一实施例的LED调光方法中，每个调光周期Tdim包含4个子周期，在4个子周期中依次显示12位亮度数据D[0:11]。将12位亮度数据D[0:11]拆分为4*D[2:11]+D[0:1]，其中，将高有效位D[2:11]在所述4个子周期中依次进行显示，将低有效位D[0:1]共同作为余数位，在所述4个子周期中的选定子周期中进行显示。

在每个子周期中，在高有效位D[2:11]后增加余数位R，从而获得11位子周期数据。该余数位R的权重与D[2]权重相等。该余数位的数值在所述4个子周期中可以为0或1，使得余数位R在所述4个子周期中的数值之和与低有效位D[0:1]的数值相等。以数组R[0:1]来表示余数位R在4个子周期中的位置，即R[0:1]＝00表示第1个子周期，01表示第2个子周期，10表示第3个子周期，11表示第4个子周期。余数位R可以按照一定方式在4个子周期中取0或1，假设低有效位D[0:1]的数值为3，则在4个子周期中，选定3个子周期将余数位设置为1，选定1个子周期将余数位设置为0，依次类推。

在上述的调光方法中，由于每个调光周期Tdim包含4个子周期，每个子周期表达11位子周期数据，每个子周期的时长相等，为1024T，因此该系统的PWM信号周期Tpwm＝1024T。在连续的4个PWM信号周期中，表现12位亮度数据对应的亮度级。在每个子周期中，与11位子周期数据相对应，LED调光装置110逐位点亮或熄灭所述LED灯，从而逐位表现与子周期数据对应的亮度。LED灯的点亮或熄灭取决于相应数据位的数值，持续时间取决于相应数据位的位权重。在连续的4个PWM信号周期Tpwm中，表现一个12位亮度数据对应的亮度级，即在4个PWM信号周期Tpwm中累积的有效点亮时间与12位亮度数据的数值相对应。与现有技术的LED调光方法类似，在该实施例中仍然可以采用12位亮度数据D[0:11]表现4096级亮度。

在上述的LED调光方法中，LED调光装置110依次根据每个数据位的位权重调节PWM信号的占空比。LED调光装置的系统时钟周期T与子周期的权重相关。参见表2，在11位子周期数据中，总有效位权重为1024。PWM信号周期Tpwm＝1024T。根据该实施例的LED调光方法，即使维持LED调光装置的系统时钟周期T也能提高亮度级，从而减轻LED调光装置的硬件要求和计算负荷。

在另一个实例中，将12位亮度数据D[0:11]分散到8个子周期中进行显示，其中对亮度数据进行如下处理：D[0:11]＝2³*D[3:11]+D[0:2]。亮度数据的高有效位D[3:11]和余数位R对应的权重Wj(i)如表3所示。

表3表示根据本发明第二实施例的LED调光方法中12个数据位的位权重

亮度数据位	R	D[3]	D[4]	D[5]	D[6]	D[7]	D[8]	D[9]	D[10]	D[11]
											权重W1(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256
权重W2(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256
											权重W3(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256
权重W4(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256
											权重W5(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256
权重W6(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256
											权重W7(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256
权重W8(i)	1	1	2	4	8	16	32	64	128	256

在根据本发明第二实施例的LED调光方法中，每个调光周期Tdim包含8个子周期，在8个子周期中依次显示子周期数据。将12位亮度数据D[0:11]拆分为8*D[3:11]+D[0:2]，其中，将高有效位D[3:11]在所述8个子周期中依次进行显示，将低有效位D[0:2]共同作为余数位，在所述8个子周期中的选定子周期中进行显示。

在每个子周期中，在高有效位D[3:11]后增加余数位R，从而获得10位子周期数据。该余数位R的权重与D[3]权重相等。该余数位的数值在所述8个子周期中可以为0或1，使得余数位R在所述8个子周期中的数值之和与低有效位D[0:2]的数值相等。以数组R[0:1]来表示余数位R在8个子周期中的位置，即R[0:2]＝000表示第1个子周期，001表示第2个子周期，010表示第3个子周期，110表示第8个子周期。余数位R可以按照一定方式在8个子周期中取0或1，假设低有效位D[0:2]的数值为3，则在8个子周期中，选定3个子周期将余数位设置为1，选定5个子周期将余数位设置为0，依次类推。

在上述的调光方法中，在每个PWM信号周期Tpwm中表现一个子周期对应的亮度。由于每个调光周期Tdim包含8个子周期，每个子周期表达10位子周期数据，每个子周期的时长相等，为512T，因此该系统的PWM信号周期Tpwm＝512T。在连续的8个PWM信号周期中，表现12位亮度数据对应的亮度级。在每个子周期中，与10位子周期数据相对应，LED调光装置110逐位点亮或熄灭所述LED灯，从而逐位表现与子周期数据对应的亮度。LED灯的点亮或熄灭取决于相应数据位的数值，持续时间取决于相应数据位的位权重。在连续的8个PWM信号周期Tpwm中，表现一个12位亮度数据对应的亮度级，即在8个PWM信号周期Tpwm中累积的有效点亮时间与12位亮度数据的数值相对应。与现有技术的LED调光方法类似，在该实施例中仍然可以采用12位亮度数据D[0:11]表现4096级亮度。

在上述的LED调光方法中，LED调光装置110依次根据每个数据位的位权重调节PWM信号的占空比。LED调光装置的系统时钟周期T与子周期的权重相关。参见表3，在10位子周期数据中，总有效位权重为512。PWM信号周期Tpwm＝512T。根据第二实施例的LED调光方法，与现有的LED调光方法相比，即使维持LED调光装置的系统时钟周期T也能提高亮度级，从而减轻LED调光装置的硬件要求和计算负荷。与第一实施例相比，根据第二实施例的LED调光方法中，LED调光装置110的系统时钟频率T可以减小一半，从而可以进一步减轻LED调光装置的硬件要求和计算负荷。

图3为根据本发明的实施例的LED调光装置100的示意性框图。在该实施例中，将一个亮度数据分成4个子周期分时显示。该LED调光装置100例如是图1所示的LED显示系统的一部分，用于执行图2所示的LED调光方法，向LED单元板提供逐位分时显示所需的数据信号DATA。

LED调光装置100包括位权重存储器111、子周期数据生成模块112和子周期信号输出模块113。

在位权重存储器111中，存储预先构建的全部n个数据位的位权重数据。例如，针对12位亮度数据D[0:11]，第i个数据位D[i-1]的权重W(i)表示为2^i-1，其中i是小于等于n的整数，使得12个数据位的权重总共表现4096个亮度级别(即，2¹²个亮度级别)。将10个高有效位D[2:11]的位权重将均匀地分配至4个子周期中，将2个低有效位D[0:2]共同作为余数位R，将余数位的位权重均匀地分配至4个子周期中。余数位R在每个子周期的位权重例如等于第3个数据位D[2]在每个子周期的位权重。

在子周期数据生成模块112中，获取亮度数据，以及根据亮度数据和位权重数据，获得子周期数据。在一个实例中，将一个亮度数据的12个数据位D[0:11]分成4个子周期进行显示。每个子周期数据是高有效位D[2:11]后附加余数位R的11位子周期数据，其中，高有效位D[2:11]在多个子周期中的数值均相等，余数位R在多个子周期中的数值可以相同或不同。在每个调光周期中，余数位R在多个子周期中的数值之和与低有效位D[0:2]的数值相等。然后，子周期数据生成模块112将每个子周期数据提供给子周期信号输出模块113。

在子周期信号输出模块113中，根据子周期数据，逐个子周期地输出亮度驱动信号，以驱动LED灯。该亮度驱动信号例如是相应子周期的子周期亮度数据DATA。

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。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

1.一种LED调光方法，包括：

将LED的调光周期分成多个子周期；

将亮度数据的位权重分散至所述多个子周期中，从而获得子周期数据的位权重；

根据亮度数据和子周期数据的位权重生成子周期数据；以及

逐个子周期地进行子周期数据的显示，使得LED灯在调光周期中累积的有效点亮时间与亮度数据的数值相对应，

其中，将亮度数据的至少一些数据位共同作为余数位且指定余数位的位权重。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述余数位的位权重与邻近高位数据位的权重相同。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子周期数据的数据位数量小于所述亮度数据的位数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子周期数据中每个数据位的权重与所述多个子周期的数量之间的乘积，大于等于所述亮度数据相应数据位的权重。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个子周期分别包含多个PWM信号周期，在所述多个PWM周期中逐个数据位显示所述子周期数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述多个PWM信号周期中，PWM信号的占空比与所述子周期数据的位权重相对应。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，在每个PWM信号周期中，所述LED灯的点亮或熄灭取决于所述子周期数据的相应数据位的数值，持续时间取决于所述子周期数据的相应数据位的位权重。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述子周期数据的高有效位对应于所述亮度数据的高有效位，所述子周期数据的所述余数位对应于所述亮度数据的至少两个低有效位。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述多个子周期中，所述子周期数据的高有效位的数值与所述亮度数据的相应高有效位的数值相同。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述多个子周期中，所述子周期数据的余数位取值0或1，使得在所述多个子周期中的数值之和等于所述亮度数据相应数据位的数值。

11.一种LED调光装置，包括：

位权重存储器，用于存储预先构建的位权重数据；

子周期数据生成模块，用于根据亮度数据和位权重数据，获得子周期数据；以及

子周期信号输出模块，用于根据子周期数据，逐个子周期地输出亮度驱动信号，以驱动LED灯，

其中，所述位权重数据包括所述子周期数据的余数位的位权重，所述余数位对应于所述亮度数据的至少两个数据位，

所述LED灯在调光周期中累积的有效点亮时间与亮度数据的数值相对应。

12.根据权利要求11所述的LED调光装置，其中，所述子周期数据生成模块将所述亮度数据的多个数据位的权重，分散在多个子周期中。

13.根据权利要求11所述的LED调光装置，其中，所述子周期数据生成模块在在所述多个子周期中，将所述子周期数据的高有效位的数值设置为与所述亮度数据的相应数据位的数值相同，将所述子周期数据的余数位的数值设置为取值0或1，使得在所述多个子周期中的数值之和等于所述亮度数据相应数据位的数值。

14.根据权利要求11所述的LED调光装置，其中，所述子周期信号输出模块根据子周期数据产生逐位对应的输出信号，使得LED灯按照逐位分时显示的方式点亮或熄灭。