CN109640464B - 一种pwm信号占空比控制方法以及相应的电路和led灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PWM信号占空比控制方法，其包含：LED灯控制电路中调光用的PWM信号的占空比增加过程存在N个时间段，其中，每个时间段内PWM信号的占空比以线性方式增加，后一个时间段的时间长度是前一个时间段的1/2，且每个时间长度上PWM信号的占空比增幅相同，使得PWM信号占空比接近指数形式变化，从而从视觉的角度实现LED灯的线性渐亮功能。

Description

一种PWM信号占空比控制方法以及相应的电路和LED灯
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种PWM信号占空比控制方法以及相应的电路和LED灯。
背景技术
LED作为照明光源已经被广泛的使用，带有调光调色功能的只能照明产品也逐渐普及。PWM(脉宽调制)调光技术是使用范围最广泛的技术，通过改变PWM信号占空比来调节LED灯的通断时间比例，通过人眼的余晖效应实现调光功能。在一些高端LED灯中支持渐亮功能，需要实现启动时LED灯渐渐变亮的功能，一般通过PWM信号的占空比逐步增加的方法来实现LED灯渐亮功能，不过由于LED灯的亮度与PWM信号的占空比呈对数关系，也就是假设PWM信号的占空比线性增加，则LED灯的亮度则在PWM刚开始增加的时候快速变亮，而在后期亮度变化越来越慢，从而导致光亮变化的非线性，致使人眼视觉效果不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PWM信号占空比控制方法以及相应的电路和LED灯，通过将PWM信号占空比的增加基于时钟信号控制，PWM信号占空比从最小到最大存在若干个阶段，并且后一个阶段是前一个阶段变化速度的2倍，从而产生的PWM信号占空比变化曲线便是一条接近于指数曲线的类指数曲线，使得PWM信号占空比以接近指数的形式变化，以抵消现有技术中LED亮度的对数变化特点，从而从视觉的角度实现LED灯的线性渐亮功能。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种LED灯的PWM信号占空比控制方法，其特征是：
令LED灯控制电路中调光用的PWM信号的占空比增加过程包含N个时间段，其中，每个时间段内PWM信号的占空比以线性方式增加，后一个时间段的时间长度是前一个时间段的1/2，且每个时间长度上PWM信号的占空比增幅相同，使得PWM信号占空比接近指数形式变化，从而从视觉的角度实现LED灯的线性渐亮功能。
一种用于LED灯的PWM信号占空比类指数型增加电路，其特征是，包含：
时钟信号发生器，用于输出M路不同的时钟信号，且不同的时钟信号间为逐步分频的关系；
计数器，在时钟输入下计数并输出结果，且取其输出结果中相应计数位的值作为控制位输出控制信号；
时钟选择器，用于根据计数器输出的控制信号结果来从时钟信号发生器的M路时钟信号中选择对应的一路作为计数器的输入时钟，且随着控制信号的不断变化，对应选择的时钟信号频率不断变高；
PWM生成电路，用于根据计数器的输出结果生成一接近指数形式变化的PWM信号，该PWM信号存在N个时间段且每个时间段内PWM信号的占空比以线性方式增加，后一个时间段的时间长度是前一个时间段的1/2，且每个时间长度上PWM信号的占空比增幅相同。
上述的用于LED灯的PWM信号占空比类指数型增加电路，其中：
所述的振荡器输出8路时钟信号CLK<7:0>，其中，CLK<0>频率为F0，CLK<1>频率为F0/2，CLK<2>频率为F0/22，CLK<3>频率为F0/23，CLK<4>频率为F0/24，CLK<5>频率为F0/25，CLK<6>频率为F0/26，CLK<7>频率为F0/27。
上述的用于LED灯的PWM信号占空比类指数型增加电路，其中：
所述的计数器为8位计数器，输出8位计数数据DATA<7:0>，其中的高三位DATA<7:5>作为控制位，控制位的值与输入时钟的对应关系是：
当DATA<7:5>＝3’h0时，输入时钟CLK_IN＝CLK<7>；
当DATA<7:5>＝3’h1时，输入时钟CLK_IN＝CLK<6>；
当DATA<7:5>＝3’h2时，输入时钟CLK_IN＝CLK<5>；
当DATA<7:5>＝3’h3时，输入时钟CLK_IN＝CLK<4>；
当DATA<7:5>＝3’h4时，输入时钟CLK_IN＝CLK<3>；
当DATA<7:5>＝3’h5时，输入时钟CLK_IN＝CLK<2>；
当DATA<7:5>＝3’h6时，输入时钟CLK_IN＝CLK<1>；
当DATA<7:5>＝3’h7时，输入时钟CLK_IN＝CLK<0>。
上述的用于LED灯的PWM信号占空比类指数型增加电路，其中：
所述的时钟信号发生器为振荡器。
一种LED灯，其特征是：
采用上述的PWM信号占空比类指数型增加电路来控制LED灯的调光。
本发明与现有技术相比具有以下优点：通过将PWM信号占空比以接近指数的形式变化，以抵消现有技术中LED亮度的对数变化特点，从而从视觉的角度实现LED灯的线性渐亮功能。
附图说明
图1是本发明的LED灯渐亮功能所需要的PWM信号占空比增加的理想指数曲线图；
图2是本发明的PWM信号占空比增加的类指数曲线图与理想指数曲线图的对比；
图3是本发明的PWM信号占空比增加曲线分为8个时间段的增加曲线；
图4是本发明的PWM信号占空比类指数增加电路；
图5是本发明的实施例中的PWM信号占空比类指数增加电路关键节点的信号波形。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
本发明提出了一种LED灯的PWM信号占空比控制方法，其令LED灯控制电路中调光用的PWM信号的占空比增加过程包含N个时间段，其中，每个时间段内PWM信号的占空比以线性方式增加，后一个时间段的时间长度是前一个时间段的1/2，且每个时间长度上PWM信号的占空比增幅相同，使得PWM信号占空比接近指数形式变化，从而从视觉的角度实现LED灯的线性渐亮功能。
如图1所示，是上述LED灯的渐亮功能所需要的PWM信号占空比增加的理想指数曲线图，其在特定的时间内，PWM信号的占空比按照理想指数曲线到达PWM信号占空比的最大值，相应的，图2展示的是上述所提出的PWM信号占空比增加的类指数曲线与理想指数曲线的叠加图，除了起点与终点，类指数曲线与理想指数曲线有一个交叉点，两者类似。
针对上述类指数型的PWM信号占空比控制方法，如图4所示，本发明提供了一种相应的PWM信号占空比类指数型增加电路100，包含：时钟信号发生器，可以是振荡器101，用于输出M路不同的时钟信号，且不同的时钟信号间为逐步分频的关系，这里的M的取值根据设计需要进行选择，M的取值也可以是类指数曲线所要被分成的段数N；计数器103，在时钟输入下计数并输出结果，且取其输出结果中相应计数位的值作为控制位输出控制信号；时钟选择器102，用于根据计数器103输出的控制信号结果来从时钟信号发生器的M路时钟信号中选择对应的一路作为计数器103的输入时钟，且随着控制信号的不断变化，对应选择的时钟信号频率不断变高；PWM生成电路104，用于根据计数器103的输出结果生成一接近指数形式变化的PWM信号，该PWM信号被分为N个时间段且每个时间段内PWM信号的占空比以线性方式增加，后一个时间段的时间长度是前一个时间段的1/2，且每个时间长度上PWM信号的占空比增幅相同。
应当注意的是，所述计数器的位数(bit)可以是根据电路需要随意选择的，总的位数越多，就意味着单个时间段内被分的台阶越多，最后生成的类指数曲线也就越平滑。例如，如果选择的是8路时钟，就是要把类指数曲线分成8段，相应的就需要3bit的译码选择，以下结合一个具体实施例进行详细解释：
本实施例中，所述的振荡器101输出8路时钟信号CLK<7:0>，即CLK<7>、CLK<6>……CLK<0>这8路，由于不同的时钟信号间为逐步分频关系，因此，CLK<0>频率为F0，CLK<1>频率为F0/2，CLK<2>频率为F0/22，CLK<3>频率为F0/23，CLK<4>频率为F0/24，CLK<5>频率为F0/25，CLK<6>频率为F0/26，CLK<7>频率为F0/27。对应的，所选择的计数器103为8位计数器，输出8位计数数据DATA<7:0>，将其中的高三位DATA<7:5>作为控制位，由于此发明需要实现类指数型的PWM占空比增长，所以需要在前期使用低频时钟，而后期使用高频时钟，即控制位的值与输入时钟的对应选择关系是：
当DATA<7:5>＝3’h0时，输入时钟CLK_IN＝CLK<7>；
当DATA<7:5>＝3’h1时，输入时钟CLK_IN＝CLK<6>；
当DATA<7:5>＝3’h2时，输入时钟CLK_IN＝CLK<5>；
当DATA<7:5>＝3’h3时，输入时钟CLK_IN＝CLK<4>；
当DATA<7:5>＝3’h4时，输入时钟CLK_IN＝CLK<3>；
当DATA<7:5>＝3’h5时，输入时钟CLK_IN＝CLK<2>；
当DATA<7:5>＝3’h6时，输入时钟CLK_IN＝CLK<1>；
当DATA<7:5>＝3’h7时，输入时钟CLK_IN＝CLK<0>。
通过这个方法，如图5所示，计数器输入时钟CLK_IN表现为在8个周期后频率加倍，DATA<7:0>的变化曲线则呈现为先慢后快的类指数增加曲线。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种用于LED灯的PWM信号占空比类指数型增加电路，其特征在于，包含：
时钟信号发生器，用于输出M路不同的时钟信号，且不同的时钟信号间为逐步分频的关系；
计数器，在时钟输入下计数并输出结果，且取其输出结果中相应计数位的值作为控制位输出控制信号；
时钟选择器，用于根据计数器输出的控制信号结果来从时钟信号发生器的M路时钟信号中选择对应的一路作为计数器的输入时钟，且随着控制信号的不断变化，对应选择的时钟信号频率不断变高；
PWM生成电路，用于根据计数器的输出结果生成一接近指数形式变化的PWM信号，该PWM信号存在N个时间段且每个时间段内PWM信号的占空比以线性方式增加，后一个时间段的时间长度是前一个时间段的1/2，且每个时间长度上PWM信号的占空比增幅相同。
2.如权利要求1所述的用于LED灯的PWM信号占空比类指数型增加电路，其特征在于：
所述的时钟信号发生器为振荡器。
3.如权利要求2所述的用于LED灯的PWM信号占空比类指数型增加电路，其特征在于：
所述的振荡器输出8路时钟信号CLK<7:0>，其中，CLK<0>频率为F0，CLK<1>频率为F0/2，CLK<2>频率为F0/22，CLK<3>频率为F0/23，CLK<4>频率为F0/24，CLK<5>频率为F0/25，CLK<6>频率为F0/26，CLK<7>频率为F0/27。
4.如权利要求3所述的用于LED灯的PWM信号占空比类指数型增加电路，其特征在于：
所述的计数器为8位计数器，输出8位计数数据DATA<7:0>，其中的高三位DATA<7:5>作为控制位，控制位的值与输入时钟的对应关系是：
当DATA<7:5>＝3’h0时，输入时钟CLK_IN＝CLK<7>；
当DATA<7:5>＝3’h1时，输入时钟CLK_IN＝CLK<6>；
当DATA<7:5>＝3’h2时，输入时钟CLK_IN＝CLK<5>；
当DATA<7:5>＝3’h3时，输入时钟CLK_IN＝CLK<4>；
当DATA<7:5>＝3’h4时，输入时钟CLK_IN＝CLK<3>；
当DATA<7:5>＝3’h5时，输入时钟CLK_IN＝CLK<2>；
当DATA<7:5>＝3’h6时，输入时钟CLK_IN＝CLK<1>；
当DATA<7:5>＝3’h7时，输入时钟CLK_IN＝CLK<0>。
5.一种基于如权利要求1～4中任意一项所述的PWM信号占空比类指数型增加电路的LED灯的PWM信号占空比控制方法，其特征在于：
令LED灯控制电路中调光用的PWM信号的占空比增加过程包含N个时间段，其中，每个时间段内PWM信号的占空比以线性方式增加，后一个时间段的时间长度是前一个时间段的1/2，且每个时间长度上PWM信号的占空比增幅相同，使得PWM信号占空比接近指数形式变化，从而从视觉的角度实现LED灯的线性渐亮功能。
6.一种LED灯，其特征在于：
采用如权利要求1～4中任意一项所述的PWM信号占空比类指数型增加电路来控制LED灯的调光。
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