CN112911760B

CN112911760B - 一种提高led调光精度的调光电路、装置及其调光方法

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Publication number: CN112911760B
Application number: CN202110154345.2A
Authority: CN
Inventors: 麦炎全; 邓迅升; 王文攀
Original assignee: Shenzhen Sendis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Sendis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2041-02-04
Also published as: CN112911760A

Abstract

本发明公开了一种提高LED调光精度的调光电路、装置及其调光方法，所述调光电路包括数据分配模块和i个并联连接的电流转换模块，i为大于1的正整数；所述数据分配模块用于将位宽为N的调光数据分为i份输入数据，并将i份输入数据依据在调光数据中高位至低位的顺序分别输出至第1至第i个所述电流转换模块，N为不小于i的正整数；每个所述电流转换模块用于根据接收的输入数据为LED灯串提供输出电流；本发明通过设置多个低精度的电流转换模块组合实现了对LED的高精度控制，同时调光深度随精度上升也降低了。

Description

一种提高LED调光精度的调光电路、装置及其调光方法

技术领域

本发明涉及LED照明技术领域，特别涉及一种提高LED调光精度的调光电路、装置及其调光方法。

背景技术

传统DAC调光方案，把输入的亮度信息通过数模转换器(DAC)转换成模拟电压Vset，作为压控电流源的参考电压，控制电流源的输出电流，从而控制LED的亮度。其中，压控电流源由运算放大器、MOS管和电阻Rcs组成，利用运算放大器的虚短特性输出电流I＝Vset/Rcs。但是由于运算放大器在生产制造过程中会引入误差，导致运算放大器正负输入端的电压并非完全一致，通常有±30mV的偏差，通过额外的修正电路修正后也有±3mV。如果DAC的输出范围为0～3V则调光深度到千分之一时输出误差就有100％，使得调光深度的降低受限制。

而针对恒流源以固定电流输出PWM信号控制开关功率管的导通或断开来实现亮度调节而言，高压功率管的门极的负载通常较大，而且运算放大器的驱动能力和响应速度都有限，通常开关高压功率管的延时在1us左右，而LED要保证频闪在无害频率(4kHz)以上，即PWM的频率要在4kHz以上，周期为250us，因此PWM的调光深度只能在千分之四，并不能够进一步的降低调光深度。

若以改变电流镜的比例实现LED调光，随着调光精度的提高、调光深度的降低，恒流管个数成指数增加，那么对应的成本也成指数增加，同样使得调光精度的提高受限制，对应的调光深度并不能够得到优化。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种提高LED调光精度的调光电路、装置及其调光方法，能够有效解决现有LED调光电路中调光精度无法提高，对应调光深度无法降低的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种提高LED调光精度的调光电路，与LED灯串连接，所述调光电路包括数据分配模块和i个并联连接的电流转换模块，i为大于1的正整数；

所述数据分配模块用于将位宽为N的调光数据分为i份输入数据，并将i份输入数据依据在调光数据中高位至低位的顺序分别输出至第1至第i个所述电流转换模块，N为不小于i的正整数；

每个所述电流转换模块用于根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流。

所述的提高LED调光精度的调光电路中，前一级所述电流转换模块的输出电流的最小值不小于后一级所述电流转换模块的输出电流的最大值。

所述的提高LED调光精度的调光电路中，每个所述电流转换模块独立地包括电流源单元，所述电流源单元用于根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流。

所述的提高LED调光精度的调光电路中，所述电流源单元包括转换子单元和电流输出子单元，所述转换子单元用于将所述输入数据转换为调节信号，并将所述调节信号输出至所述电流输出子单元；所述电流输出子单元用于根据所述调节信号为所述LED灯串提供所述输出电流。

所述的提高LED调光精度的调光电路中，所述电流源单元包括电流镜和恒流源；所述恒流源用于输出参考电流至所述电流镜；所述输入数据用于调节所述电流镜的比例；所述电流镜用于将所述参考电流依据所述电流镜的当前比例镜像后得到所述输出电流。

所述的提高LED调光精度的调光电路中，所述转换子单元包括电压数模转换器；所述电压数模转换器用于将所述输入数据转换为电压信号输出至所述电流输出子单元。

所述的提高LED调光精度的调光电路中，所述转换子单元包括PWM生成器；所述PWM生成器用于根据所述输入数据输出占空比信号至所述电流输出子单元。

一种提高LED调光精度的调光方法，所述调光方法应用于上述的调光电路，所述调光方法包括如下步骤：

由所述数据分配模块将位宽为N的调光数据分为i份输入数据，并将i份输入数据依据在调光数据中高位至低位的顺序分别输出至第1至第i个所述电流转换模块，i为大于1的正整数，N为不小于i的正整数；

由每个所述电流转换模块根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流。

所述的调光方法中，每个所述电流转换模块独立地包括电流源单元，由每个所述电流转换模块根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流的步骤具体包括：由所述电流源单元根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流。

一种提高LED调光精度的调光装置，包括PCB板，所述PCB板上设置有上述的调光电路。

相较于现有技术，本发明提供的一种提高LED调光精度的调光电路、装置及其调光方法，所述调光电路包括数据分配模块和i个并联连接的电流转换模块，i为大于1的正整数；所述数据分配模块用于将位宽为N的调光数据分为i份输入数据，并将i份输入数据依据在调光数据中高位至低位的顺序分别输出至第1至第i个所述电流转换模块，N为不小于i的正整数；每个所述电流转换模块用于根据接收的输入数据为LED灯串提供输出电流；本发明通过设置多个低精度的电流转换模块组合实现了对LED的高精度控制，同时调光深度随精度上升也降低了。

附图说明

图1为本发明提供的提高LED调光精度的调光电路的结构框图；

图2为本发明提供的提高LED调光精度的调光电路中第一种电流源单元的原理图；

图3为本发明提供的提高LED调光精度的调光电路中第二种电流源单元的原理图；

图4为本发明提供的提高LED调光精度的调光电路中第三种电流源单元的原理图；

图5为本发明提供的提高LED调光精度的调光电路中第一实施例的原理图；

图6为本发明提供的提高LED调光精度的调光电路中第二实施例的原理图；

图7为本发明提供的提高LED调光精度的调光方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供的一种提高LED调光精度的调光电路、装置及其调光方法，能够有效解决现有LED调光电路中调光精度无法提高，对应调光深度无法降低的问题。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的提高LED调光精度的调光电路，与LED灯串10的连接，所述调光电路包括整流桥20、数据分配模块30和i个并联连接的电流转换模块40，i为大于1的正整数，所述整流桥20的输入端连接交流电源，所述整流桥20的输出端连接所述LED灯串10的正极，所述LED灯串10的负极分别与每个所述电流转换模块40连接，每个所述电流转换模块40还均与所述数据分配模块30连接。

其中，所述整流桥20用于将交流电源提供的交流电转换为直流电为所述LED灯串10提供电能，确保所述LED灯串10能够正常点亮；所述数据分配模块30用于将位宽为N的调光数据分为i份输入数据，并将i份输入数据依据在调光数据中高位至低位的顺序分别输出至第1至第i个所述电流转换模块40，N为不小于i的正整数；每个所述电流转换模块40用于根据接收的输入数据为所述LED灯串10提供输出电流；具体来说，位宽N为所述调光数据的比特位数，在对调光数据进行分割时，依据数据的高位至低位的顺序分割为i份，将分割后的调光数据作为每个电流转换模块40的输入数据，那么第1份输入数据记为k1，第2份输入数据记为k2，依次类推，第i份输入数据记为ki；在调光数据分割完成之后也是依据高位至低位的顺序将i份输入数据依次分别输出至第1至第i个所述电流转换模块40，也即第1份输入数据k1分配给第1个电流转换模块40，第2份输入数据k2分配给第2个电流转换模块40，依次类推第i份输入数据ki分配给第i个电流转换模块40；例如，调光数据为16bit时，将该调光数据分为三份，也即此时的i为3，按照高位至低位的顺序得到的高位4bit的输入数据，中位5bit的输入数据和低位7bit的输入数据，高位4bit的输入数据输出至第1个电流模块，中位5bit的输入数据输出至第2个电流转换模块40，那么低位7bit的输入数据则输出至第3个电流转换模块40；之后每个电流转换模块40根据接收的输入数据得到相应的输出电流，各个电流转换模块40的输出电流之和为流经LED灯串10的电流。

本发明通过设置i个并联连接的电流转换模块40，i个电流转换模块40同时独立地驱动LED灯串10，控制流经LED灯串10的电流，相对于现有的利用单个的电流转换模块40控制LED灯串10的电流来实现LED调光而言，能够有效的提高流经LED灯串10的电流的控制精度，也即提高LED的调光精度，相应地降低了调光深度。

进一步地，第1至第i个电流转换模块40中，前一级所述电流转换模块40的输出电流的最小值不小于后一级所述电流转换模块40的输出电流的最大值，因第1至第i个电流转换模块40接收的输入数据是依据在调光数据中高位至低位的顺序分配，相当于每个电流转换模块40的输出电流的最大值小于等于前一高位输入数据控制的电流转换模块40输出电流的最小值；以i为3为例，若第1个电流转换模块40的输出电流的最大值(即输入数据为1111时对应的输出电流)为Imax，也即最大输出电流，第1个电流转换模块40的输出电流的最小值(即输入数据为0001时对应的输出电流)为I1min，也即最小输出电流，当输入数据为0000时不输出电流；那么第2个电流转换模块40的输出电流的最大值(即输入数据为11111时对应的输出电流)为I2max要小于等于I1min，第2个电流转换模块40的输出电流的最小值(即输入数据为00001时对应的输出电流)为I2min，那么第3个电流转换模块40的输出电流的最大值(即输入数据为1111111时对应的输出电流)为I3max要小于等于I2min。

进一步地，每个所述电流转换模块40独立地包括电流源单元41，所述电流源单元41用于根据接收的输入数据为所述LED灯串10提供输出电流；本实施例中对电流源单元41的结构不作具体限定，相当于电流源单元41的结构有多种，那么各个电流转换模块40可以选择相同结构的电流源单元41进行组合也可以选择不同结构的电流源单元41进行组合。

以下对三种电流源单元41进行说明：

请参阅图2，第一种所述电流源单元41包括转换子单元411和电流输出子单元412，所述转换子单元411分别连接所述数据分配模块30和所述电流输出子单元412，所述电流输出子单元412还连接所述LED灯串10的负极；所述转换子单元411用于将所述输入数据转换为调节信号，并将所述调节信号输出至所述电流输出子单元412；所述电流输出子单元412用于根据所述调节信号为所述LED灯串10提供所述输出电流，通过电流源单元41将输入数据转换为对应的输出电流，以便于实现对流经LED灯串10的电流进行调节，实现LED调光。

具体地，所述转换子单元411包括电压数模转换器，所述电流输出子单元412包括第一运算放大器OP1、第一MOS管M1和第一电阻R1，所述电压数模转换器分别连接所述数据分配模块30和所述第一运算放大器OP1的正相输入端，所述第一运算放大器OP1的反相输入端连接所述第一MOS管M1的源极和所述第一电阻R1的一端，所述第一MOS管M1的漏极连接所述LED灯串10的负极，所述第一电阻R1的另一端接地；所述电压数模转换器用于将所述输入数据转换为电压信号Vset1输出至所述电流输出子单元412，根据所述电流输出子单元412中所述第一运算放大器OP1虚短和虚断的特性，对应所述电流输出子单元412的输出电流Iout＝Vset1/R1，其中R1为第一电阻R1的阻值，Vset1＝Vmax*D/(2^k-1)，D为电压数模转换器接收的输入数据，k为输入数据的位数，Vmax为数模转换器的最大输出电压。

请参阅图3，第二种所述电流源单元41同样包括转换子单元411和电流输出子单元412，但是对应的所述转换子单元411包括PWM生成器，所述电流输出子单元412包括第二运算放大器OP2、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第二电阻R2和电压源U，所述PWM生成器分别连接数据分配模块30和所述第二MOS管M2栅极，所述第二MOS管M2的源极接地，所述第二MOS管M2的漏极连接所述第二运算放大器OP2的输出端和第三MOS管M3的栅极，所述第三MOS管M3的源极连接所述第二运算放大器OP2反相输入端和所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端接地，所述第二运算放大器OP2的正相输入端连接电压源U的正极，所述电压源U的负极接地，所述第三MOS管M3的漏极连接所述LED灯串10的负极；所述PWM生成器用于根据所述输入数据输出占空比信号至所述电流输出子单元412，具体来说，所述PWM生成器输出的占空比信号用于控制第二MOS管M2的导通或断开，从而控制的第三MOS管M3的开关，其中，占空比duty＝1-D/(2^k-1)，D为PWM生成器接收的输入数据；第三MOS管M3导通时输出电流Imax＝Vref/R2，Vref为电压源U提供的参考电压，R2为第二电阻R2的阻值，Q1截止时输出电流为0，最后平均输出电流Iout＝Imax*D/(2^k-1)，Imax为该电流源单元41的最大输出电流。

请参阅图4，第三种所述电流源单元41包括电流镜和恒流源I，所述电流镜分别连接所述恒流源I、所述数据分配模块30和所述LED灯串10的负极；所述恒流源I用于输出参考电流至所述电流镜；所述输入数据用于调节所述电流镜的比例；所述电流镜用于将所述参考电流依据所述电流镜的当前比例镜像后得到所述输出电流；具体来说，本实施例中的电流镜为比例可调的电流镜，该电流镜包括k+1个MOS管和k个开关，k对应输入数据的位数；其中，k个MOS管即Q1至Qk的漏极并接作为电流输出端与LED灯串10的负极连接，k+1个MOS管也即Q1至Qk+1的源极并接，MOS管Q1至Qk的栅极极分别接开关SW1至SWk的一端，输入的k比特输入数据从低位到高位分别接开关SW1至SWk的控制端，开关SW1至SWk的另一端并接到MOS管Qk+1的栅极和漏极，k个MOS管的栅极还分别对应连接一个电阻，具体为R01至R0k，其中MOS管Qk+1与MOS管Q1至Qk的宽长比为1:2⁰:2¹:2²:…:2^k-1，需要说明的是本实施例中开关的个数与输入数据的位数等同为k时，MOS管的个数不一定是k，MOS管的个数取决于其本身的尺寸大小，例如本实施例中也可以用2^k-1个比例为1:1:1…:1的MOS管实现，开关SW1接1个MOS管，开关SW2接2个MOS管，开关SW3接4个MOS管，开关SWk接2^k-1个MOS管，当输入数据的位数为k时，设置k个开关和k+1个MOS管只是一种较优的设置，本发明对具体电流镜的设置不作限制。输入数据会控制开关的开关，进而控制MOS管Q1至Qk的开关进而实现对输出电流的调节，对应恒流源I产生的参考电流通过MOS管Qk+1与Q1至Qk的倍数(也即电流镜的当前比例)镜像得到输出电流Iout＝Iref*D/(2^k-1)，其中D为输入数据的位数，Iref为参考电流。

也就是说本发明中i个并联的电流转换模块40可以选择以上三种电流源单元41中的任意一种或多种进行组合。请参阅图5，本发明的第一实施例中选择2个第一种电流源单元进行组合，分别记为第一电流源单元和第二电流源单元，记第一电流源单元中的第一电阻为R11，第二电流源单元中的第一电阻为R12，对应的将调光数据分为两份8bit的输入数据。设流经LED灯串10的最大电流为Imax，那么Imax＝I1max+I2max，I1max为第一电流源单元41的最大输出电流，I2max为第二电流源的最大输出电流，且I1max>I2max。假设两个电压数模转换器的电压输出范围一样为0～Vmax，则I1max＝Vmax/R11,I2max＝Vmax/R12；I2max＝Imax*(2⁸-1)/(2¹⁶-1)

＝>Rcs2＝(2¹⁶-1)Vmax/(2⁸-1)Imax

＝>I1max＝Imax-I2max＝Imax*2⁸(2⁸-1)/(2¹⁶-1)＝2⁸I2max

＝>Rcs1＝Rcs2/2⁸。

若16bit的输入数据为1(0x0001)，其中，高8位为0的输入数据输入至第一电流源单元41，即第一电流源单元41不输出电流，I1out＝0；低8位为1的输入数据输入至第二电流源单元41，即第二电流源单元41的输出电流I2out＝1/(2⁸-1)*I2max＝1/(2¹⁶-1)Imax，

则Iout＝I1out+Iout2＝1/(2¹⁶-1)Imax，由此可知采用两个8bit的电流源单元41可以实现16比特的调光精度以及对应的调光深度，不用改变原来电流源单元41的基础之上通过设置多个低精度电流源单元41组合实现了对LED的高精度控制，同时调光深度随精度上升也降低了。

假定运算放大器的失调电压为Vos是一样的(一般只跟生产参数相关，与外围电路不想关)，如果直接使用一个16bit的电压数模转换器作为电流源单元41的参考电压输入，最小刻度时Vset16＝Vmax/(2¹⁶-1)，而本发明最小刻度时Vset8＝Vmax/(2⁸-1)，其中，Vset16为16bit的电压数模转换器的输出的最小参考电压，Vset8为8bit的电压数模转换器的输出的最小参考电压，可见Vos：Vset16是Vos：Vset8的257倍，即失调电压在最小刻度时的影响，传统方案是本发明的257倍，说明本发明有效提高了LED调光的精度和降低调光深度。

请参阅图6，本发明的第二实施例中设置3个电流源单元41，3个电流源单元41均不相同，分别即为第一电流源单元(对应第一种电流源单元)、第二电流源单元(对应第三种电流源单元)和第三电流源单元(对应第二种电流源单元)，将调光数据分为三份，其中第一电流源单元对应接收高6bit的输入数据，第二电流源单元接收中间7bit的输入数据，第三电流源单元接收低7bit的输入数据；流经LED灯串10的电流为Imax＝I1max+I2max+I3max；

I3max＝Imax*(2⁷-1)/(2²⁰-1)＝Vref/R2，

I2max＝Imax*2⁷*(2⁷-1)/(2²⁰-1)＝(2⁷-1)Iref,

I1max＝Imax*2¹⁴*(2⁶-1)/(2²⁰-1)＝Vmax/R1，其中，Vref，R2，Iref，Vamx，

R1均为根据Imax得到的设计参数。

若调光数据为20bit数据0x34567(214375)，那么流经LED灯串10的电流为Imax*214375/(2²⁰-1)。具体来说，将调光数据从高位至低位按照6:7:7的位数拆分成高位数据D1＝0x0D(13)，中位数据D2＝0x0A(10)，低位数据D3＝0x67(103)，

I1out＝I1max*D1/(2⁶-1)＝Imax*13*2¹⁴/(2²⁰-1)

I2out＝I2max*D2/(2⁷-1)＝Imax*10*2⁷/(2²⁰-1)

I3out＝I3max*D3/(2⁷-1)＝Imax*103/(2²⁰-1)

＝>Iout＝I1out+I2out+I3out＝Imax*(13*2¹⁴+13*2⁷+103)/(2²⁰-1)

＝Imax*214375/(2²⁰-1)；由此可知采用1个6bit的电流源单元41和两个7bit的电流源单元41，可以实现20比特的调光精度以及对应的调光深度，不用改变原来电流源单元41的基础之上通过设置多个低精度电流源单元41组合实现了对LED的高精度控制，同时调光深度随精度上升也降低了。

相应地，本发明还提供一种提高LED调光精度的调光方法，所述调光方法应用于上述提高LED调光精度的调光电路，如图7所示，所述调光方法包括如下步骤：

S100、由所述数据分配模块将位宽为N的调光数据分为i份输入数据，并将i份输入数据依据在调光数据中高位至低位的顺序分别输出至第1至第i个所述电流转换模块，i为大于1的正整数，N为不小于i的正整数。

S200、由每个所述电流转换模块根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流。

进一步地，每个所述电流转换模块独立地包括电流源单元，所述步骤S200具体步骤包括：由所述电流源单元根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流。

相应地，本发明还提供了一种提高LED调光精度的调光装置，所述调光装置包括PCB板，所述PCB板上设置有上述调光电路，由于上文对该调光电路进行了详细描述，此处不再赘述。

综上，本发明提供的一种提高LED调光精度的调光电路、装置及其调光方法，所述调光电路包括数据分配模块和i个并联连接的电流转换模块，i为大于1的正整数；所述数据分配模块用于将位宽为N的调光数据分为i份输入数据，并将i份输入数据依据在调光数据中高位至低位的顺序分别输出至第1至第i个所述电流转换模块，N为不小于i的正整数；每个所述电流转换模块用于根据接收的输入数据为LED灯串提供输出电流；本发明通过设置多个低精度的电流转换模块组合实现了对LED的高精度控制，同时调光深度随精度上升也降低了。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种提高LED调光精度的调光电路，与LED灯串连接，其特征在于，所述调光电路包括数据分配模块和i个并联连接的电流转换模块，i为大于1的正整数；

每个所述电流转换模块用于根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流，前一级所述电流转换模块的输出电流的最小值不小于后一级所述电流转换模块的输出电流的最大值；

每个所述电流转换模块独立地包括电流源单元，所述电流源单元用于根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流；

每个所述电流转换模块包括相同结构或不同结构的所述电流源单元组合。

2.根据权利要求1所述的提高LED调光精度的调光电路，其特征在于，所述电流源单元包括转换子单元和电流输出子单元，所述转换子单元用于将所述输入数据转换为调节信号，并将所述调节信号输出至所述电流输出子单元；所述电流输出子单元用于根据所述调节信号为所述LED灯串提供所述输出电流。

3.根据权利要求1所述的提高LED调光精度的调光电路，其特征在于，所述电流源单元包括电流镜和恒流源；所述恒流源用于输出参考电流至所述电流镜；所述输入数据用于调节所述电流镜的比例；所述电流镜用于将所述参考电流依据所述电流镜的当前比例镜像后得到所述输出电流。

4.根据权利要求2所述的提高LED调光精度的调光电路，其特征在于，所述转换子单元包括电压数模转换器；所述电压数模转换器用于将所述输入数据转换为电压信号输出至所述电流输出子单元。

5.根据权利要求2所述的提高LED调光精度的调光电路，其特征在于，所述转换子单元包括PWM生成器；所述PWM生成器用于根据所述输入数据输出占空比信号至所述电流输出子单元。

6.一种提高LED调光精度的调光方法，所述调光方法应用于权利要求1-5任一项所述的调光电路，其特征在于，所述调光方法包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的调光方法，其特征在于，每个所述电流转换模块独立地包括电流源单元，由每个所述电流转换模块根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流的步骤具体包括：由所述电流源单元根据接收的输入数据为所述LED灯串提供输出电流。

8.一种提高LED调光精度的调光装置，包括PCB板，其特征在于，所述PCB板上设置有权利要求1-5任意一项所述的调光电路。