CN107426849A

CN107426849A - 一种串行连接照明控制系统

Info

Publication number: CN107426849A
Application number: CN201610345687.1A
Authority: CN
Inventors: 孔东灿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-12-01

Abstract

一种串行连接照明控制系统，包括多个发光二极管，其中每个发光二极管的电流是由单独的发光二极管驱动单元控制的；所有系统信号通过串行连接传输；每一个驱动单元被依次连接，其中只有一个驱动单元连接到主机控制器；主机控制器将显示信号传输至驱动单元；所述的显示信号被以扫描的形式顺序地传输到每个驱动单元。本照明系统提高了发光二极管的照明丰富程度，减少物理尺寸和成本，用于发送信号的驱动功率减小到足以在直接连接的驱动电路之间传输，在不增加驱动电源和主机控制器的成本的同时能保证信号传输质量。

Description

一种串行连接照明控制系统

技术领域

本发明涉及一种串行连接照明控制系统，更具体地说，涉及一种建筑背光和照明控制的发光二极管(LED)串行连接照明控制系统。

背景技术

LED(LightingEmittingDiode)照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿色的光，在此基础上，利用三基色原理，添加荧光粉，可以发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色等任意颜色的光。LED灯具就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。

发光二极管(LED)已被广泛用于照明显示，无论是颜色LED或非彩色LED，均已广泛用于各种应用和行业。虽然每个单独的LED可以是一个照明源，但是，所有的应用均是将模块化光源组用于控制目的。驱动方案一般来说有两种：线性驱动和开关型驱动。线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方式。在照明级白光LED应用中，虽然存在着效率低、调节性差等问题，但是由于其电路简单、体积小巧，能满足一些特定的场合应用较多。开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率,应用方式主要分为降压式和升压式两大类。降压式开关驱动是针对电源电压高于LED的端电压或者是多个LED采用并联驱动情况下的应用。升压式开关驱动是针对电源电压低于LED的端电压或者是多个LED采用串联驱动情况下的应用。设计一般的基本LED驱动器照明应用相对较简单，但是如果还需要其它功能如相位控制调光和功率因子校正(PFC)，设计就变得复杂。

目前的照明控制的主要缺点是每一个发光二极管模块执行相同的亮度，颜色饱和度，亮度等，所有的应用程序都使控制的电流流动到每个“发光二极管模块”电路，并且所有的设备被从物理层设计和定义为指定的电流流量，造成照明显示的单一化和复杂照明环境设计时的控制模块复杂化。

此外，传统上在进行控制时输入的数据信号被提供作为一个串行信号通过每个连接的驱动程序的集成电路(驱动芯片)依次发送，其他控制或数据信号被发送到每个驱动芯片的并行连接。并联连接的缺点是当信号在传输路径上传输时信号质量的退化。为了改进这一问题，需要提高主机控制器的驱动能力，以确保信号质量，保证信号传输到目的地。该方法不仅增加了主机控制器的成本，而且需要较大规模的印刷电路板(印刷电路板)板和较长的信号传输路径。

发明内容

鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的问题，本发明提出一种串行连接照明控制系统，包括多个发光二极管，其中每个发光二极管的电流是由单独的发光二极管驱动单元控制的；所有系统信号通过串行连接传输；每一个驱动单元被依次连接，其中只有一个驱动单元连接到主机控制器；主机控制器将显示信号传输至驱动单元；所述的显示信号被以扫描的形式顺序地传输到每个驱动单元；照明的颜色是由红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管组成的组选择构成的；每一个发光二极管驱动单元包括一个移位寄存器，其中每个移位寄存器存储由所述发光二极管驱动单元控制的发光二极管的照明状态，并控制所述发光二极管的发光；所述照明状态在驱动单元接收到不同的显示信号之前一直存储在移位寄存器中；所述的每个驱动单元包括至少一个副本电流模块，以及至少一个校正数据存储器，以及至少一个图像数据存储器，以及至少一个逻辑运算器，以及至少一个二进制控制存储器；所述主控制器将所述主控数据传输至所述至少一个校正数据存储器；并且所述主控制器将显示数据发送到至少一个图像数据存储器中。

在根据本发明实施例的照明系统中，优选地，所述至少一个逻辑运算器根据预设的逻辑式对所述校正数据和所述图像数据进行计算，以产生一个N位的二进制数，其中，N为所述复制电流模块的数量。所述二进制数的每一位表示电流流入或不流入发光二极管，通过所述驱动单元来控制流入发光二极管的电流量。

在根据本发明实施例的照明系统中，优选地，包括多个驱动单元，其中每个驱动单元分别连接不同的发光二极管，所述多个驱动单元依次连接；还包括主控制器，其中只有一个驱动单元连接到主控制器；所有系统信号通过串行连接传输；对所述多个发光二极管的每个单独发光二极管的电流控制由单独的发光二极管驱动单元控制；主机控制器将显示信号传输至连接到主控制器的驱动单元；所述的显示信号以所述的扫描方式传送给所述每个单独的发光二极管；每个驱动单元包括至少一个复制电流模块、至少一个校正数据存储器、至少一个图像数据存储器、至少一个逻辑运算器和至少一个二进制控制存储器，其中，所述主控制器向所述至少一个校正数据存储器传输发光二极管的校正数据，并向所述至少一个图像数据存储器传输图像数据。

每一个发光二极管照明的颜色来自由红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管组成的组中选择，所述每一个驱动单元包括存储对应的发光二极管的发光状态数据的一个移位寄存器，所述发光数据被一直存储在移位寄存器中，直到驱动单元接收到与另一图像信息为止。

在根据本发明实施例的照明系统中，可选地，所述至少一个逻辑运算器根据预设的逻辑式对所述校正数据和所述图像数据进行计算，以产生一个N位的二进制数，其中，N为所述复制电流模块的数量。所述二进制数的每一位表示电流流入或不流入发光二极管，通过所述驱动单元来控制流入发光二极管的预定电流。

在根据本发明实施例的照明系统中，优选地，包括多个驱动单元，分别控制流入每个发光二极管的电流，所有系统信号通过串行连接传输；其中每个驱动单元包括至少一个复制电流模块、至少一个校正数据存储器、至少一个图像数据存储器、至少一个逻辑运算器和至少一个二进制控制存储器，所述主控制器向所述至少一个校正数据存储器传输发光二极管的校正数据，并向所述至少一个图像数据存储器传输图像数据。

所述至少一个逻辑运算器根据预设的逻辑式对所述校正数据和所述图像数据进行计算，以产生一个N位的二进制数，其中N为所述复制电流模块的数量。所述二进制数的每一位表示电流流入或不流入发光二极管，通过所述驱动单元来控制流入发光二极管的电流量。

优选地，还包括主控制器，其中，多个驱动单元顺次连接，且只有一个驱动单元与主控制器连接并接收从主控制器传输的图像信号，随后所述信号被以扫描的形式顺序地传输到其余的驱动单元，多个发光二极管选自于由红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管组成的组，所述驱动单元包括存储对应的发光二极管的发光数据的移位寄存器，并控制所述发光二极管的发光状态，所述发光数据被一直存储在移位寄存器中，直到驱动单元接收到另一图像信号为止。

在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的一种照明系统，通过控制当前的电流流量，以及对每个LED单独的控制，每一个被控制的LED详细状态，可以二进制数表示。实现了对单发光二极管的照明控制，而不是控制具有多个单发光二极管的发光模块，单发光二极管照明控制的架构提高了发光二极管的照明丰富程度。此外，两步电流控制可以显著减少所需的RCM并因此减少物理尺寸和成本。同时因为采用串行连接，用于发送信号的驱动功率减小到足以在直接连接的驱动电路之间传输，在不增加驱动电源和主机控制器的成本的同时能保证信号传输质量。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的LED背光架构示意图

图2示出了根据本发明实施例的一个发光二极管驱动单元

图3示出了根据本发明实施例的体现LED背光架构和驱动单元的控制系统结构示意图

图4示出了根据本发明实施例的R-G-B交替排列LED背光架构的控制系统结构示意图

图5示出了根据本发明实施例的R-G-G-B交替排列LED背光架构的控制系统结构示意图

图6示出了根据本发明实施例的R-R-G-G-B-B交替排列LED背光架构的控制系统结构示意图

图7示出了根据本发明实施例的利用二进制电流控制驱动单元的控制系统结构示意图

图8示出了根据本发明实施例的两步电流控制装置示意图

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。

如图1所示，示出了根据本发明的LED的背光架构的示意图。在图1中，LED的发光控制系统包括主控制器5、LED驱动单元101、102、...、10N、201、202、20N、...、M01、M02、...、M0N以及LED11、12、...、21、22、...、M1、M2、...、MN。主控制器可以是微运算器或数字运算器，用于计算和输出图像数据，以向驱动单元提供完整的色彩饱和度或者亮度。每个LED与相应的LED驱动单元单相连接，且LED驱动单元与LED一起顺次接连连接，从而形成矩阵排列的结构。主控制器5传输所有的图像信号和控制信号，并将上述信号直接传输到最前面的(lead)驱动单元(即第一个LED驱动单元)，接着，第一个LED驱动单元将相同信号传输到第二个LED驱动单元。由此，信号依次连接，信号被以类似扫描的方式传输到与第一个LED驱动单元连接的第二个LED驱动单元，并以相同的方式继续向其它LED驱动单元传输。因此，信号从第一个LED驱动单元被依次传输到第二、第三、第四至最后一个LED驱动单元M0N，由此，如同扫描般完成对所有LED驱动单元输入数据的过程。

图2示出了根据本发明实施例的一个发光二极管驱动单元。在图2中，驱动单元包括移位寄存器210。移位寄存器包括数字接收单元212、重置模块214以及频率控制模块216。当发光控制系统开始初始化时，重置信号会将所有驱动单元的移位寄存器重置。当频率控制模块开始产生频率时，主控制器产生初始扫描信号以启动数据扫描程序。此时，扫描信号到达第一个LED驱动单元，移位寄存器将存储第一个LED所需的发光数据，直到同一帧图像中最后的数据传输到最后一个LED驱动单元为止。每个LED的对应的移位寄存器将储存并保持该LED所需的发光数据，直到下一个扫描程序开始为止，而图像将被立即传输到第一个LED至最后一个LED。当“扫描信号”到达时，与下一个图像对应的数据和移位寄存器将开始工作。换言之，当改变发光控制时，每个LED的发光状态保持不变直到下一个图像信号到达为止。

图3是根据本发明另一实施例的使用驱动单元和LED的背光架构的发光控制系统的示意图，其中，LED驱动单元的结构是聚集排列的，而扫描信号程序与图2中所描述的相同。

图4至图6示出了本发明的几个不同的实施例，在这几个实施例中使用了相同的扫描信号程序，但运用不同的LED的结构来展现出多样化的彩色发光控制。参照图4，不同颜色的LED按照红色、绿色和蓝色的顺序来排列；参照图5，不同颜色的LED按照红色、绿色、绿色和蓝色的顺序来排列；参照图6，不同颜色的LED按照红色、红色、...、绿色、绿色、...、蓝色和蓝色的顺序来排列。当使用扫描信号程序时，发光的多样性可通过改变LED的排列结构来实现。应该清楚的是，上述的排列方式是示例性的，本发明并不限于此，其它颜色的发光控制排列也落入本发明的保护范围之内。

图7示出了根据本发明的利用二进制数字来控制电流的驱动单元的结构的示意图。在图7中，每个LED与对应的LED驱动单元连接，其中，驱动单元包括至少一个校正数据存储器710、至少一个图像数据存储器712、至少一个逻辑运算器714、至少一个二进制控制存储器716、至少一个镜像电流源718以及多个复制电流模块(ReplicaCurrentModule，RCM)7201、7202、7203、...720n。

当需要发光二极管的发光数据时，主控制器向至少一个校正数据存储器传输校正数据信号，校正数据信号将控制补偿次级发光二极管的发光所需的亮度，主控制器向至少一组图像数据存储器传输图像数据，以提供所需的发光强度的数据。逻辑运算器对校正数据和图像数据进行逻辑运算，利用预先设置的逻辑式，得到与LED的亮度和饱和度对应的N位二进制数据，其中，N为复制电流模块(RCM)的数量，每一个数字位(1或0)表示电流流入或不流入复制电流模块。存在N个复制电流模块，电流状态对应地存在2N+1种，换言之，流入发光二极管的电流量可以以2N+1种方式变化。

图8以红色LED为例示出了两阶段渐进式电流控制方式的示意图。在图8中，电流以两阶段渐进式输入到LED中，向发光二极管的驱动单元输入两个电流源，即基本电流源(BCS)802和加权电流源(WCS)804。基本电流源(BCS)用于向发光二极管提供预先设定好的恒定电流，换言之，用于调整发光二极管的发光控制，而加权电流源(WCS)根据图像来进一步调整电流量。控制电流量可以缩小装置设备的空间尺寸并降低复制电流模块的制作成本，即实现图7中的实施例所要达到的效果。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可实施。当然，以上所列的情况仅为示例，本发明并不仅限于此。本领域的技术人员应该理解，根据本发明技术方案的其他变形或简化，都可以适当地应用于本发明，并且应该包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种串行连接照明控制系统，其特征在于，包括多个发光二极管，其中每个发光二极管的电流是由单独的发光二极管驱动单元控制的；所有系统信号通过串行连接传输；每一个驱动单元被依次连接，其中只有一个驱动单元连接到主机控制器；主机控制器将显示信号传输至驱动单元；所述的显示信号被以扫描的形式顺序地传输到每个驱动单元；照明的颜色是由红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管组成的组选择构成的；每一个发光二极管驱动单元包括一个移位寄存器，其中每个移位寄存器存储由所述发光二极管驱动单元控制的发光二极管的照明状态，并控制所述发光二极管的发光；所述照明状态在驱动单元接收到不同的显示信号之前一直存储在移位寄存器中；所述的每个驱动单元包括至少一个副本电流模块，以及至少一个校正数据存储器，以及至少一个图像数据存储器，以及至少一个逻辑运算器，以及至少一个二进制控制存储器；所述主控制器将所述主控数据传输至所述至少一个校正数据存储器；并且所述主控制器将显示数据发送到至少一个图像数据存储器中。

2.根据权利要求1所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，所述至少一个逻辑运算器根据预设的逻辑式对所述校正数据和所述图像数据进行计算，以产生一个N位的二进制数，其中，N为所述复制电流模块的数量。

3.根据权利要求1所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，所述二进制数的每一位表示电流流入或不流入发光二极管。

4.根据权利要求1所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，通过所述驱动单元来控制流入发光二极管的电流量。

5.一种串行连接照明控制系统，其特征在于，包括多个驱动单元，其中每个驱动单元分别连接不同的发光二极管，所述多个驱动单元依次连接；还包括主控制器，其中只有一个驱动单元连接到主控制器；所有系统信号通过串行连接传输；对所述多个发光二极管的每个单独发光二极管的电流控制由单独的发光二极管驱动单元控制；主机控制器将显示信号传输至连接到主控制器的驱动单元；所述的显示信号以所述的扫描方式传送给所述每个单独的发光二极管；每个驱动单元包括至少一个复制电流模块、至少一个校正数据存储器、至少一个图像数据存储器、至少一个逻辑运算器和至少一个二进制控制存储器，其中，所述主控制器向所述至少一个校正数据存储器传输发光二极管的校正数据，并向所述至少一个图像数据存储器传输图像数据。

6.根据权利要求5所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，每一个发光二极管照明的颜色来自由红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管组成的组中选择，所述每一个驱动单元包括存储对应的发光二极管的发光状态数据的一个移位寄存器，所述发光数据被一直存储在移位寄存器中，直到驱动单元接收到与另一图像信息为止。

7.根据权利要求6所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，所述至少一个逻辑运算器根据预设的逻辑式对所述校正数据和所述图像数据进行计算，以产生一个N位的二进制数，其中N为所述复制电流模块的数量。

8.根据权利要求7所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，所述二进制数的每一位表示电流流入或不流入发光二极管。

9.根据权利要求6所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，通过所述驱动单元来控制流入发光二极管的预定电流。

10.一种串行连接照明控制系统，其特征在于，包括多个驱动单元，分别控制流入每个发光二极管的电流，所有系统信号通过串行连接传输；其中每个驱动单元包括至少一个复制电流模块、至少一个校正数据存储器、至少一个图像数据存储器、至少一个逻辑运算器和至少一个二进制控制存储器，所述主控制器向所述至少一个校正数据存储器传输发光二极管的校正数据，并向所述至少一个图像数据存储器传输图像数据。

11.根据权利要求10所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，所述至少一个逻辑运算器根据预设的逻辑式对所述校正数据和所述图像数据进行计算，以产生一个N位的二进制数，其中N为所述复制电流模块的数量。

12.根据权利要求11所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，所述二进制数的每一位表示电流流入或不流入发光二极管。

13.根据权利要求10所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，通过所述驱动单元来控制流入发光二极管的电流量。

14.根据权利要求10所述的一种串行连接照明控制系统，其特征在于，还包括主控制器，其中多个驱动单元顺次连接，且只有一个驱动单元与主控制器连接并接收从主控制器传输的图像信号，随后所述信号被以扫描的形式顺序地传输到其余的驱动单元，多个发光二极管选自于由红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管组成的组，所述驱动单元包括存储对应的发光二极管的发光数据的移位寄存器，并控制所述发光二极管的发光状态，所述发光数据被一直存储在移位寄存器中，直到驱动单元接收到另一图像信号为止。