CN110996455B - 调光控制电路、包含其的芯片以及调光控制方法 - Google Patents

调光控制电路、包含其的芯片以及调光控制方法 Download PDF

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Abstract

一种调光控制电路、包含其的芯片以及调光控制方法，该调光控制电路应用于一驱动电路，该驱动电路包括一驱动模块及一负载，该驱动模块包括一第一放大单元及一根据一脉冲宽度调变信号在一开启状态和一关闭状态之间切换的开关单元，该调光控制电路包括一时间补偿模块，该时间补偿模块根据一流经该第一开关单元电流的当前采样值上升至一目标值的一第一时间以及从该当前采样值下降至一关闭值的一第二时间产生一延迟信号，该时间补偿模块基于该延迟信号延迟该开关单元的关闭。

Description

调光控制电路、包含其的芯片以及调光控制方法
技术领域
本发明有关一种控制电路、芯片以及控制方法，尤指一种用于调光的控制电路、芯片以及控制方法。
背景技术
在发光二极管(Light-emitting diode，LED)的调光控制方法中，脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)为偏好的选择，也已成为主流技术。传统的PWM调光方法，是利用在0％到100％之间改变脉冲的宽度，以调整流过LED负载的平均电流，实现调光的功能。
然而，随着市场和应用对于LED调光的要求逐渐提高，也使得PWM调光暴露出调光深度以及线性度不足的问题。以现行技术来说，在调光深度方面，采用PWM调光的最低亮度大约为5％，故无法覆盖低亮度的应用范围；在线性度方面，当处于低亮度的区间，电流和亮度之间的线性度不佳。因此，传统技术存在改进的必要。
发明内容
本发明的主要目的在于解决习知PWM调光技术，存在调光深度以及线性度不足的问题。
为达上述目的，本发明提供一种调光控制电路，应用于一驱动电路，该驱动电路包括一驱动模块以及一受该驱动模块驱动的负载，该驱动模块包括一第一放大单元以及一受该第一放大单元驱动并根据一脉冲宽度调变信号在一开启状态和一关闭状态之间切换第一开关单元，其特征在于，该调光控制电路包括一时间补偿模块，该时间补偿模块根据一流经该第一开关单元的电流的当前采样值上升至一目标值的一第一时间以及从该当前采样值下降至一关闭值的一第二时间产生一延迟信号，当该第一开关单元从该开启状态切换至该关闭状态，该时间补偿模块基于该延迟信号延迟该第一开关单元的关闭。
于一实施例中，还包括一辅助驱动模块，至少在该第一开关单元从该关闭状态切换至该开启状态时，该辅助驱动模块根据该目标值以及该当前采样值输出一补偿信号以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的一驱动电流。
于一实施例中，该关闭值为该第一开关单元于该关闭状态时对应的采样值的大小。
于一实施例中，该当前采样值为一采样电压，该采样电压是利用一采样电阻采样流经该第一开关单元的电流。
于一实施例中，该辅助驱动模块包括一跨导放大器，该跨导放大器具有一接收一第一值的第一输入端、一接收该当前采样值的第二输入端以及一输出该补偿信号的输出端，其中，该第一值关联于该负载的一实际电流与一目标电流之间的差值，该跨导放大器输出反映该第一值的该补偿信号。
于一实施例中，该辅助驱动模块输出的该补偿信号为一偏置电流以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的驱动电流。
于一实施例中，该辅助驱动模块输出的该补偿信号增大该第一放大单元输出端的一增益以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的该驱动电流。
于一实施例中，该辅助驱动模块输出的该补偿信号为一输入至该第一开关单元的补偿电流。
于一实施例中，该辅助驱动模块包括一第二放大单元以及一和该第二放大单元耦接的开关模块。
于一实施例中，该第二放大单元具有一接收该当前采样值的第一输入端、一接收一第一值的第二输入端以及一耦接至该开关模块的输出端，其中，该第一值关联于该负载的一实际电流与一目标电流之间的差值，该开关模块输出反映该第一值的该辅助驱动电流。
于一实施例中，该时间补偿模块包括一比较单元以及一和该比较单元耦接并输出该延迟信号的控制单元。
于一实施例中，该比较单元包括一第一比较器以及一第二比较器，该第一比较器具有一接收该当前采样值的第一输入端、一接收一参考值的第二输入端以及一根据该当前采样值和该参考值输出一第一比较信号至该控制单元的输出端，该第二比较器具有一接收该关闭值的第一输入端、一接收该当前采样值的第二输入端以及一根据该关闭值和该当前采样值输出一第二比较信号至该控制单元的输出端，该控制单元根据该第一比较信号、该第二比较信号以及该脉冲宽度调变信号而得到该第一时间以及该第二时间并产生该延迟信号。
于一实施例中，该第一开关单元的关闭是延迟一实质上对应该第一时间和该第二时间之间的差的补偿时间。
为达上述目的，本发明还提供一种芯片，其特征在于包括如以上所述的调光控制电路。
为达上述目的，本发明还提供一种调光控制方法，应用于一驱动电路，该驱动电路包括一驱动模块以及一受该驱动模块驱动的负载，该驱动模块包括一第一放大单元以及一受该第一放大单元驱动的第一开关单元，其特征在于包括以下步骤：
根据一脉冲宽度调变信号控制该第一开关单元在一开启状态和一关闭状态之间切换；
根据一流经该第一开关单元的电流的当前采样值上升至一目标值的一第一时间以及从该当前采样值下降至一关闭值的一第二时间产生一延迟信号；以及
当该第一开关单元从该开启状态切换至该关闭状态，基于该延迟信号延迟该第一开关单元的关闭。
于一实施例中，当该第一开关单元从该关闭状态切换至该开启状态，根据该目标值以及该当前采样值输入一补偿信号至该第一放大单元，以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的一驱动电流。
于一实施例中，该辅助驱动模块输出的该补偿信号为一偏置电流而增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的驱动电流。
于一实施例中，该辅助驱动模块输出的该补偿信号增大该第一放大单元输出端的一增益而增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的该驱动电流。
于一实施例中，该辅助驱动模块输出的该补偿信号为一输入至该第一开关单元的补偿电流。
于一实施例中，接收一第一值的第一输入端、一接收该当前值的第二输入端以及一输出该补偿信号的输出端，其中，该补偿信号是根据该负载的一实际电流与一目标电流之间的差值而决定。
于一实施例中，该第一开关单元的关闭是延迟一实质上对应该第一时间和该第二时间之间的差的补偿时间。
本发明为了改善低亮度区间的调光问题，设置了该时间补偿模块，在该第一开关单元关闭时，该时间补偿模块根据开启时的延迟时间而延迟关闭，藉此，从PWM信号变为低电平到负载电流关闭的时间等于PWM信号变为高电平到负载电流打开的时间，改善了调光线性度；本发明还可进一步设置该辅助驱动模块，在该第一开关单元开启时，该辅助驱动模块将增大输出至该第一开关单元的该驱动电流，藉此补偿该第一开关单元开启之初切换速度无法跟上的延迟，即降低开启延迟时间。此外，本发明的电路架构将不增加系统静态功耗。故除了改善调旋旋光性能外，也可节省电力的耗费。
附图说明
图1及图2为本发明第一实施例的调光控制电路的示意图。
图3及图4为本发明第二实施例的调光控制电路的示意图。
图5为PWM信号、习知调光控制电路以及本发明调光控制电路的该第一开关单元电流-时间波形示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
本发明揭露一种调光控制电路、包含其的芯片以及调光控制方法，请参阅图1及图2，为本发明第一实施例的调光控制电路的示意图，该调光控制电路应用于一驱动电路10，该驱动电路10包括一驱动模块11、一负载12以及一整流单元13，该驱动模块11包括一第一放大单元111以及一第一开关单元112，该第一放大单元111具有一第一输入端111a、一第二输入端111b以及一输出端111c，该第一开关单元112可为一功率开关，例如一金属氧化物半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，但不以此为限，该功率开关亦可为一个或多个的三极管。该第一开关单元112受该第一放大单元111驱动并根据一脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)信号在一开启状态和一关闭状态之间切换。本文中所述两个或多个组件的耦接可以为组件和组件之间的直接电性连接，或者为组件和组件之间还有其他组件而形成的电性连接。
该调光控制电路包括一辅助驱动模块20以及一时间补偿模块30，该辅助驱动模块20用于至少在该第一开关单元112从该关闭状态切换至该开启状态时，根据一目标值以及一当前采样值输出一补偿信号，增大该第一放大单元111输出至该第一开关单元112的一驱动电流。在本发明中，该辅助驱动模块20可加速该第一开关单元112的打开(即流经该负载12的电流)、增加该第一开关单元112的运放能力(即输出增益)或是增加输入至该第一开关单元112的尾电流；而该时间补偿模块30则控制该第一开关单元112的关闭延迟。
本实施例中，该辅助驱动模块20包括一跨导放大器21，该跨导放大器21具有一第一输入端21a、一第二输入端21b以及一输出端21c，该第一输入端21a接收一第一值，该第二输入端21b接收该当前采样值，该输出端21c输出该补偿信号。该第一开关单元112包括一漏极端D、一源极端S以及一栅极端G，该漏极端D耦接于该负载12，该源极端S耦接至一采样电阻R，该栅极端G耦接于该第一放大单元111的该输出端111c。该采样电阻R采样流经该第一开关单元112的电流以作为该当前采样值。
其中，该第一值为一参考值和一第二值之间的差，即该第一值＝该参考值-该第二值，该第二值为一用于设定该负载12的一实际电流与一目标电流之间的差的值。以下以电压来举例说明，该参考值为一参考电压VRef，该第二值标注为ΔV，该第一值＝VRef-ΔV，该第二值ΔV介于0和该参考值VRef之间。假使该第二值ΔV最小(即为0)，表示当该负载12的该实际电流和该目标电流相等时，才结束该补偿信号的输出；假使该第二值ΔV最大(即为该参考值VRef)，表示始终没有该补偿信号的输出。
本实施例中，该辅助驱动模块20输出的该补偿信号为一输出电流Iout1，亦相当于一输入该第一放大单元111的偏置电流Ibais，该偏置电流Ibais输入该第一放大单元111，将增大该第一放大单元111输出至该第一开关单元112的驱动电流。以本实施例采用该跨导放大器21来说，Ibais＝((VRef-ΔV)-Vcs)*gm，其中gm为该跨导放大器21的跨导。在该第一开关单元112打开之前，Vcs为0V，该跨导放大器21的输出电流Iout1＝(VRef-ΔV)*gm，此时该输出电流Iout1为最大值，该第一放大单元111的驱动能力也最强。随着该负载12的电流的增加，Vcs电压也逐步增加，该输出电流Iout1逐步减小，该第一放大单元111的驱动能力也逐步减弱。当Vcs＝VRef-ΔV时，该输出电流Iout1为0，该第一放大单元111的驱动能力将不再增加。换句话说，该输出电流Iout1的幅度根据该负载12的电流和该目标电流之间的差值而决定。该差值越大，该输出电流Iout1越大；当该差值越小，该输出电流Iout1越小；当该差值实质上等于或接近0，即该负载12的电流实质上等于或接近该目标电流，将不再输出该输出电流Iout1。
在其他实施例中，该补偿信号可以为一补偿电流，该补偿电流输入到该第一放大单元111和该第一开关单元112之间，以提高输入到该第一放大单元111的尾电流；或在其他实施例中，该补偿信号直接增加该第一放大单元111的一增益而增大该驱动电流。
该时间补偿模块30耦接于该驱动模块11，该时间补偿模块30根据该当前采样值上升至该目标值的一第一时间以及从该当前采样值下降至一关闭值的一第二时间而产生一延迟信号，当该第一开关单元112从该开启状态切换至该关闭状态，该时间补偿模块30基于该延迟信号延迟该第一开关单元112的关闭。其中，该关闭值为该第一开关单元112于该关闭状态时对应的采样值的大小。
本实施例中，该时间补偿模块30包括一比较单元31以及一控制单元32，该比较单元31包括一第一比较器311以及一第二比较器312，该第一比较器311具有一第一输入端311a、一第二输入端311b以及一输出端311c，该第二比较器312具有一第一输入端312a、一第二输入端312b以及一输出端312c。该第一比较器311的该第一输入端311a接收该当前采样值，该第一比较器311的该第二输入端311b接收一参考值，该第一比较器311的该输出端311c输出一第一比较信号至该控制单元32。该第二比较器312的该第一输入端312a接收该关闭值，该第二比较器312的该第二输入端312b接收该当前采样值，该第二比较器312的该输出端312c输出一第二比较信号至该控制单元32。
除了该第一比较信号和该第二比较信号外，该PWM信号也输入该控制单元32，该控制单元32根据该第一比较信号、该第二比较信号以及该脉冲宽度调变信号而得到该第一时间以及该第二时间并产生该延迟信号给该第一开关单元112。在本实施例中，该第一比较器311输出的信号反映该第一开关单元112从关闭到开启所需的时间(TTurnOnDelay)，该第二比较器312输出的信号反映该第一开关单元112从开启到关闭所需的时间(TTurnOff)，可得该第一开关单元112关闭时需补偿的延迟时间TDelay＝TTurnOnDelay-TTurnOff，该PWM信号反映该第一开关单元112开启的持续时间。该第一开关单元的关闭是延迟一实质上对应该第一时间和该第二时间之间的差异的补偿时间。本实施例中，该控制单元32包括一控制器321以及一第二开关单元322。
请参阅图3及图4，为本发明第二实施例的调光控制电路的示意图，在本实施例中，该辅助驱动模块20的配置和第一实施例是基于同一发明概念而做了改变。该辅助驱动模块20包括一第二放大单元22以及一开关模块23，该第二放大单元22和该开关模块23耦接。该第二放大单元22包括一第一输入端22a、一第二输入端22b以及一输出端22c，该第一输入端22a接收该当前采样值，该第二输入端22b接收该第一值，该开关模块23输出反映该第一值的该辅助驱动电流。
本实施例中，该开关模块23包括一第三开关单元231以及一第四开关单元232，该第三开关单元231和该第四开关单元232分别包括一漏极端D、一源极端S以及一栅极端G，该第四开关单元232的该栅极端G输入该PWM信号，该第四开关单元232的该漏极端D耦接至该第二放大单元22的该输出端22c和该第三开关单元231的该栅极端G之间，该第四开关单元232的该源极端S耦接至该第三开关单元231的该源极端S，该第三开关单元231的该漏极端D耦接至该第一开关单元112和该第一放大单元111之间，以提供该辅助驱动电流。
该第二放大单元22接收该当前采样值和该第一值，故该第二放大单元22是用于检测该负载12的电流和该目标电流之间的差值，类似于第一实施例，该第三开关单元231的输出电流Iout2的幅度根据该负载12的电流和该目标电流之间的差值而决定。该差值越大，该输出电流Iout2越大；当该差值越小，该输出电流Iout2越小；当该差值实质上等于或接近0，即该负载12的电流实质上等于或接近该目标电流，将不再输出该输出电流Iout2。当该第一开关单元112打开之前，Vcs为0V，该第二放大单元22的输出电压较低，当该第三开关单元231开启后，该输出电流Iout2为最大，该第一开关单元112受到的驱动也将最大，随着该负载12的电流增加，Vcs也将增加，该第二放大单元22的输出电压逐渐增加，而该输出电流Iout2逐渐降低。当Vcs＝VRef-ΔV时，该第二放大单元22的输出电压和VDD的差将小于该第三开关单元231的开启电压，故该第三开关单元231为关闭，该输出电流Iout2为0，该第一放大单元111的驱动能力将不再增加。
请进一步参阅图5，分别为PWM信号、习知调光控制电路以及本发明调光控制电路的该第一开关单元电流-时间波形示意图。线段40表示PWM信号的电流-时间波形示意图，线段50表示习知调光控制电路(未配置该辅助驱动模块以及该时间补偿模块)的电流-时间波形示意图，线段60表示本发明调光控制电路(配置该辅助驱动模块以及该时间补偿模块)的该第一开关单元电流-时间波形示意图。从图5可以看出，在未配置该辅助驱动模块以及该时间补偿模块的调光控制电路中，该第一开关单元在开启时将延迟T’TurnOnDelay，而在配置该辅助驱动模块以及该时间补偿模块的调光控制电路中，该第一开关单元开启时的延迟将获得改善，即TTurnOnDelay<T’TurnOnDelay；在未配置该辅助驱动模块以及该时间补偿模块的调光控制电路中，该第一开关单元在关闭时将延迟T’TurnOff，如此一来，发光二极管的点亮时间T’LEDOn将小于PWM信号的点亮时间TPWMOn，而在配置该辅助驱动模块以及该时间补偿模块的调光控制电路中，该第一开关单元在关闭时将进一步延迟TDelay，发光二极管的点亮时间TLEDOn将接近PWM信号的点亮时间TPWMOn。
本发明为了改善低亮度区间的调光问题，设置了该时间补偿模块，在该第一开关单元关闭时，该时间补偿模块根据开启时的延迟时间而延迟关闭，藉此，从PWM信号变为低电平到负载电流关闭的时间等于PWM信号变为高电平到负载电流打开的时间，改善了调光线性度；本发明还可进一步设置该辅助驱动模块，在该第一开关单元开启时，该辅助驱动模块将增大输出至该第一开关单元的该驱动电流，藉此补偿该第一开关单元开启之初切换速度无法跟上的延迟，即降低开启延迟时间。此外，本发明的电路架构将不增加系统静态功耗。故除了改善调旋旋光性能外，也可节省电力的耗费。

Claims (19)

1.一种调光控制电路，应用于一驱动电路，该驱动电路包括一驱动模块以及一受该驱动模块驱动的负载，该驱动模块包括一第一放大单元以及一受该第一放大单元驱动并根据一脉冲宽度调变信号在一开启状态和一关闭状态之间切换的第一开关单元，其特征在于包括一时间补偿模块，该时间补偿模块根据一流经该第一开关单元的电流的当前采样值上升至一目标值的一第一时间、从该当前采样值下降至一关闭值的一第二时间、以及该脉冲宽度调变信号产生一延迟信号，当该第一开关单元从该开启状态切换至该关闭状态，该时间补偿模块基于该延迟信号延迟该第一开关单元的关闭，使得从该脉冲宽度调变信号变为低电平到该第一开关单元进入关闭状态的时间差与从该脉冲宽度调变信号变为高电平到该第一开关单元进入开启状态的时间差相等。
2.如权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，还包括一辅助驱动模块，至少在该第一开关单元从该关闭状态切换至该开启状态时，该辅助驱动模块根据该目标值以及该当前采样值输出一补偿信号以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的一驱动电流。
3.如权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，该关闭值为该第一开关单元于该关闭状态时对应的采样值的大小。
4.如权利要求1所述的调光控制电路，其特征在于，该当前采样值为一采样电压，该采样电压是利用一采样电阻采样流经该第一开关单元的电流。
5.如权利要求2所述的调光控制电路，其特征在于，该辅助驱动模块包括一跨导放大器，该跨导放大器具有一接收一第一值的第一输入端、一接收该当前采样值的第二输入端以及一输出该补偿信号的输出端，其中，该第一值关联于该负载的一实际电流与一目标电流之间的差值，该跨导放大器输出反映该第一值的该补偿信号。
6.如权利要求2所述的调光控制电路，其特征在于，该辅助驱动模块输出的该补偿信号为一偏置电流以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的驱动电流。
7.如权利要求2所述的调光控制电路，其特征在于，该辅助驱动模块输出的该补偿信号增大该第一放大单元的输出端的一增益以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的该驱动电流。
8.如权利要求2所述的调光控制电路，其特征在于，该辅助驱动模块输出的该补偿信号为一输入至该第一开关单元的补偿电流。
9.如权利要求8所述的调光控制电路，其特征在于，该辅助驱动模块包括一第二放大单元以及一和该第二放大单元耦接的开关模块。
10.如权利要求9所述的调光控制电路，其特征在于，该第二放大单元具有一接收该当前采样值的第一输入端、一接收一第一值的第二输入端以及一耦接至该开关模块的输出端，其中，该第一值关联于该负载的一实际电流与一目标电流之间的差值，该开关模块输出反映该第一值的辅助驱动电流。
11.如权利要求2所述的调光控制电路，其特征在于，该时间补偿模块包括一比较单元以及一和该比较单元耦接并输出该延迟信号的控制单元。
12.如权利要求11所述的调光控制电路，其特征在于，该比较单元包括一第一比较器以及一第二比较器，该第一比较器具有一接收该当前采样值的第一输入端、一接收一参考值的第二输入端以及一根据该当前采样值和该参考值输出一第一比较信号至该控制单元的输出端，该第二比较器具有一接收该关闭值的第一输入端、一接收该当前采样值的第二输入端以及一根据该关闭值和该当前采样值输出一第二比较信号至该控制单元的输出端，该控制单元根据该第一比较信号、该第二比较信号以及该脉冲宽度调变信号而得到该第一时间以及该第二时间并产生该延迟信号。
13.一种芯片，其特征在于包括如权利要求1至12任一项所述的调光控制电路。
14.一种调光控制方法，应用于一驱动电路，该驱动电路包括一驱动模块以及一受该驱动模块驱动的负载，该驱动模块包括一第一放大单元以及一受该第一放大单元驱动的第一开关单元，其特征在于，包括以下步骤：
根据一脉冲宽度调变信号控制该第一开关单元在一开启状态和一关闭状态之间切换；
根据一流经该第一开关单元的电流的当前采样值上升至一目标值的一第一时间、从该当前采样值下降至一关闭值的一第二时间、以及该脉冲宽度调变信号产生一延迟信号；以及
当该第一开关单元从该开启状态切换至该关闭状态，基于该延迟信号延迟该第一开关单元的关闭，使得从该脉冲宽度调变信号变为低电平到该第一开关单元进入关闭状态的时间差与从该脉冲宽度调变信号变为高电平到该第一开关单元进入开启状态的时间差相等。
15.如权利要求14所述的调光控制方法，其特征在于，当该第一开关单元从该关闭状态切换至该开启状态，根据该目标值以及该当前采样值输入一补偿信号至该第一放大单元，以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的一驱动电流。
16.如权利要求15所述的调光控制方法，其特征在于，该补偿信号为一偏置电流以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的该驱动电流。
17.如权利要求15所述的调光控制方法，其特征在于，该补偿信号增大该第一放大单元输出端的一增益以增大该第一放大单元输出至该第一开关单元的该驱动电流。
18.如权利要求15所述的调光控制方法，其特征在于，该补偿信号为一输入至该第一开关单元的补偿电流。
19.如权利要求15所述的调光控制方法，其特征在于，该补偿信号是根据该负载的一实际电流与一目标电流之间的差值而决定。
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