CN113053302B - Led控制方法、控制装置及led显示屏 - Google Patents

Led控制方法、控制装置及led显示屏 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开一种LED控制方法、控制装置和LED显示屏，方法包括：确定在每个PWM控制周期的上升沿所在时刻之前，于LED两级间施加电压的加压时刻；判断是否到达加压时刻，若已到达，则按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压；当捕获到上升沿时，驱动LED开启；当捕获到下降沿时，切断在LED两级间施加的电压并将LED连接至一放电电路直至LED两级间的电压下降至初始电压；其中，放电时长大于未连接放电电路时LED关闭后达到初始电压所需的时间。本申请减少了交流串扰对其他LED控制电路的影响，大大的简化了电路的设计难度，同时提升了图像的显示效果，为继续提升图像bit数奠定了基础。

Description

LED控制方法、控制装置及LED显示屏
技术领域
本发明属于LED照明技术领域，尤其涉及一种LED控制方法、控制装置及LED显示屏。
背景技术
LED(Light-Emitting Diode)屏已经成为室外显示的主要方式，并且随着间距尺寸的不断优化，其细腻程度已经接近液晶等传统显示屏幕，因此也将逐步成为市内显示的主要屏幕。由LED的伏安特性可知，只有当LED发光二极管的两端正向电压高于导通电压VF时，LED发光二极管才会发光，而发光的强度则随着电流的增加而增强。
但是由于要精确控制电流强度在目前的技术上面临各种困难，因此在当前的技术条件下，LED发光二极管的亮度控制，都是通过PWM(脉冲宽度调制)方式实现的。由于LED的以上特点，决定了当前LED显示控制电路，实际就是恒流的PWM控制电路。即：
根据整屏的亮度要求，确定恒流源的输出电流IF；
选择一个固定的LED屏控制周期，并且按照显示精度将周期分为N份；
根据需要显示的亮度，决定PWM在这N份时间中的占空比；
依据PWM占空比，在关断时刻，给LED的正向电压V<VF，在打开时刻，给LED的正向V>VF。
上述是一个典型的LED屏的PWM控制方式，但是这种方式却有一个致命的问题：串扰。当LED两端电压在打开(或者关闭)时，瞬时的电压变化Δv，和瞬时的时间Δt之间会形成一个短暂的交流信号(Δv/Δt)，这个交流变化量会因为电磁等原因，顺着电路串扰到其他的LED控制电路上，由此影响了其他电路正常的PWM控制，使得其他控制电路上的LED发光二极管产生不应该有的波动，从而导致了亮度的异常变化。目前，基本所有的LED屏都会有这种串扰引起的显示问题，由于该问题是纯无力现象，因此本质上无法消除。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提出一种LED控制方法、控制装置及LED显示屏。该方法减少了交流串扰对其他LED控制电路的影响，从而提升了LED屏的整体显示效果。
本发明实施例提供的具体技术方案如下：
第一方面，提供一种LED控制方法，所述方法包括：
确定在每个PWM控制周期的上升沿所在时刻之前，于LED两级间施加电压的加压时刻；
判断是否到达所述加压时刻，若已到达，则按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压；
当捕获到上升沿时，驱动LED开启；
当捕获到下降沿时，切断在LED两级间施加的电压并将LED连接至一放电电路直至LED两级间的电压下降至预设的初始电压；其中，放电时长大于未连接放电电路时LED关闭后达到所述初始电压所需的时间。
在一些实施例中，所述方法还包括：
根据LED的导通电压和初始电压，计算驱动LED开启所需施加的电压差；
对计算得到的电压差进行拆分，确定驱动LED开启每次需增加的分级电压、对应的递增次数以及每一次增压后的电压稳定时长。
在一些实施例中，所述按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压包括：
在LED两级间逐次增加确定的分级电压并使得每次增加的分级电压保持对应的电压稳定时长以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压。
在一些实施例中，所述每次增加的分级电压相同。
在一些实施例中，所述每次增加的分级电压不同，具体的：
在预设时间点之前每次增加的分级电压大于在所述预设时间点之后每次增加的分级电压。
在一些实施例中，所述加压时刻的获取方法包括：
根据每一次的电压稳定时长，计算总稳定时长；
基于总稳定时长以及每个PWM控制周期的上升沿所在时刻，计算加压时刻。
第二方面，提供一种LED控制装置，所述装置包括：
处理模块，用于确定在每个PWM控制周期的上升沿所在时刻之前，于LED两级间施加电压的加压时刻；
控制模块，用于判断是否到达所述加压时刻，若已到达，则按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压；
驱动模块，用于当捕获到上升沿时，驱动LED开启；以及用于当捕获到下降沿时，切断在LED两级间施加的电压；
所述控制模块还用于当LED两级间电压被切断后将LED连接至一放电电路直至LED两级间的电压下降至预设的初始电压；其中，放电时长大于未连接放电电路时LED关闭后达到所述初始电压所需的时间。
在一些实施例中，所述处理模块还用于：
根据LED的导通电压和初始电压，计算驱动LED开启所需施加的电压差；
对计算得到的电压差进行拆分，确定驱动LED开启每次需增加的分级电压、对应的递增次数以及每一次增压后的电压稳定时长。
在一些实施例中，所述控制模块具体用于：
在LED两级间逐次增加确定的分级电压并使得每次增加的分级电压保持对应的电压稳定时长以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压。
在一些实施例中，所述每次增加的分级电压相同。
在一些实施例中，所述每次增加的分级电压不同，具体的：
在预设时间点之前每次增加的分级电压大于在所述预设时间点之后每次增加的分级电压。
在一些实施例中，所述处理模块还用于：
根据每一次的电压稳定时长，计算总稳定时长；
基于总稳定时长以及每个PWM控制周期的上升沿所在时刻，计算加压时刻。
第三方面，提供一种LED显示屏，包括若干LED灯，每个LED灯基于第一方面所述的方法进行控制。
本发明实施例具有如下有益效果：
1、本发明在LED打开时，采用多级增压方式，减少每一次增加的Δv，在LED关闭时，延长Δt，增加电路的放电时间，从而降低了在LED开启及关闭时Δv/Δt产生的交流干扰，降低了对供电电源的瞬时响应能力的要求，大大的简化了电路的设计难度，同时提升了图像的显示效果，为继续提升图像bit数奠定了基础；
2、本发明在对LED增压时，首先根据导通电压和初始电压计算电压差，随后对电压差进行拆分计算每次需增加的分级电压、递增次数以及每一次增压后的电压稳定时长，便于后续利用这些数据实现逐级增压以及计算加压时刻，进而实现整个算法流程；
3、本发明在对LED进行逐级增压时，可以将每一分级电压设置成相同，由此算法实现较为简单；
4、本发明在对LED进行逐级增压时，可以将分级电压设置成不同，比如，在预设时间点之前的每次增加的分级电压大于在预设时间点之后每次增加的分级电压，越靠近上升沿所在时刻的电压与导通电压越接近，由此，两者的电压差也就越小，进一步可以降低串扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请的LED控制方法的一个实施例的流程图；
图2是根据本申请的PWM控制周期的示意图；
图3是根据本申请的LED打开过程示意图；
图4是根据本申请的LED关闭过程示意图；
图5是根据本申请的LED控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如背景技术所述，目前，由于要精确控制LED的电流强度面临各种困难，因此在当前的技术条件下，LED发光二极管的亮度控制，都是通过PWM(脉冲宽度调制)方式实现的。LED屏的PWM控制方式有一个致命的问题：串扰。当LED两端电压在打开(或者关闭)时，瞬时的电压变化Δv和瞬时的时间Δt之间会形成一个短暂的交流信号(Δv/Δt)，这个交流变化量会因为电磁等原因，顺着电路串扰到其他的LED控制电路上，由此影响了其他电路正常的PWM控制，使得其他控制电路上的LED发光二极管产生不应该有的波动，从而导致了亮度的异常变化，并且该问题在本质上无法消除。
为了最大程度减轻串扰带来的显示问题，本申请申请人创造性想到通过调节Δv和Δt来减小串扰。即，在LED开启时刻，采用减小Δv的方式；具体的，每隔一段的时间，将电压增加ΔVN，那么，根据确定的电压增加次数(N)可以得到每一次电压变化产生的交流干扰相当与原来的1/N；在LED关闭时刻，接入一个缓慢放电电路，并使得放电时长大于未连接放电电路时LED关闭后达到初始电压所需的时间，从而也能减轻串扰问题。
参考图1，示出了根据本申请的LED控制方法的一个实施例的流程图，具体包括如下步骤：
101、确定在每个PWM控制周期的上升沿所在时刻之前，于LED两级间施加电压的加压时刻。
在本实施例中，LED控制方式主要是PWM方式。PWM控制方式如图2所示：PWM整个控制周期为T，在tF1时刻，触发一个上升沿，由此打开LED，在tF2时刻，触发一个下降沿，由此关闭LED。
本方案的LED打开和关闭时间要复合PWM控制的占空比，即，在PWM控制周期的上升沿时刻使得施压的电压大于LED的导通电压，从而开启LED，那么必然，在上升沿时刻之前就要实现LED的加压过程。
其中，上述加压时刻为在每个PWM控制周期的上升沿所在时刻之前第一次施加电压的时刻。加压时刻的确定至关重要。由于本方案采用逐级增压的方式来开启LED，由此，加压时刻的确定与每一次增加的电压的维持时间息息相关，可以先通过计算电压维持时间等相关参数来确定加压时刻。
上述电压维持时间等相关参数的计算过程如下：
根据LED的导通电压和初始电压，计算驱动LED开启所需施加的电压差；
对计算得到的电压差进行拆分，确定驱动LED开启每次需增加的分级电压、对应的递增次数以及每一次增压后的电压稳定时长。
上述每次增加的分级电压、对应的递增次数以及每一次增压后的电压稳定时长可以预先存储起来便于后续调用以实现整个LED控制方法。
在得到每一次增压后的电压稳定时长这一参数之后，便可计算加压时刻，具体步骤如下：
根据每一次的电压稳定时长，计算总稳定时长；
基于总稳定时长以及每个PWM控制周期的上升沿所在时刻，计算加压时刻。
若每一次的电压稳定时长为tn，总稳定时长为TN，那么加压时刻则为tF1-TN。
102、判断是否到达加压时刻，若已到达，则按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压。
在得到上述分级电压、递增次数、电压稳定时长等数据后，便可利用上述数据对步骤102进一步展开：
在LED两级间逐次增加确定的分级电压并使得每次增加的分级电压保持对应的电压稳定时长以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压。
示例性的，假设根据PWM控制需求，LED的开启时刻为tF1，开启前LED两级电压差，即初始电压为V1，LED的导通电压为VF，则实际需要增加的电压差为：Δv＝VF-V1。
随后，对电压差Δv进行拆分，即，将Δv分为N次递增，并确定每次递增时对应的分级电压ΔvN以及每一次增加分级电压ΔvN保持的电压稳定时长tn。
在得到每次待递增的ΔvN以及递增次数N后，便可在加压时刻tF1-TN开始，每隔tn的时间，将LED两级间的电压增加对应的ΔvN，如此，则每一次电压变化产生的交流干扰相当于原来的1/N。
需要说明的是，上述每次增加的分级电压可以相同或者可以不同。
若每次增加的分级电压相同，则其计算较为简单，利用电压差Δv以及递增次数N便可得到，即：ΔvN＝Δv/N。
若每次增加的分级电压不同，则可以根据一预设点来进行设置。具体的，在预设时间点之前每次增加的分级电压大于在预设时间点之后每次增加的分级电压。如此，越靠近上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压与导通电压越接近，由此，两者的电压差也就越小，进一步可以降低串扰。
103、当捕获到上升沿时，驱动LED开启。
具体的，在保证上升沿所在时刻施加在LED两级间的电压大于其导通电压之后，若捕获到上升沿，便能驱动LED开启。
104、当捕获到下降沿时，切断在LED两级间施加的电压并将LED连接至一放电电路直至LED两级间的电压下降至初始电压；其中，放电时长大于未连接放电电路时LED关闭后达到初始电压所需的时间。
考虑到实际LED的PWM控制方式，在两次LED点亮之间的时间间隔通常都比较长，远大于LED的打开时间，因此可以有充足的时间来放电，所以此时设计一缓慢放电的电路，将LED两端的电压从VF放电到V1。
具体实现过程如下：
根据PWM控制方式，当到达LED关闭时刻tF2时，切断LED的阳极供电电源。由于LED阳极失去了供电电源，因此LED灯将被关闭而不再导通，同时LED阳极的电压将维持在一个比导通电压VF稍低的值。此时在LED阳极接入一放电电路，让LED阳极的电压通过放电电路缓慢释放，释放的时间T远远大于未连接放电电路时LED关闭后达到初始电压所需的时间Δt。如此，若放电时间T>100×Δt时，产生的交流干扰将有100倍以上的下降。
图3为LED打开过程示意图。参考图3，其展示了一渐进式提升电压以打开LED的过程，其中，VF为导通电压，V1为初始电压，要求LED到达开启时刻tF1时，电压从V1升高至VF。具体实现如下：
在tF1-TN时刻开始逐级增加电压，每次增加ΔvN；
经过N次增压后，在tF1时刻LED两级间的电压大于VF，点亮LED。
图4为LED关闭过程示意图。参考图4，其展示了LED缓慢放电的过程，其中，VF为导通电压，V1为初始电压，tF2为关闭时刻，tF2+T为放电结束时刻。具体实现如下：
在tF2时刻，断开LED阳极电源，LED关闭；
将LED接入缓慢放电电路，使得LED阳极电压逐渐释放；
经过时间T后，LED两极电压降低至V1。
本申请在LED打开时，采用多级增压方式，减少每一次增加的Δv，在LED关闭时，延长Δt，增加电路的放电时间，从而降低了在LED开启及关闭时Δv/Δt产生的交流干扰，降低了对供电电源的瞬时响应能力的要求，大大的简化了电路的设计难度，同时提升了图像的显示效果，为继续提升图像bit数奠定了基础。
进一步参考图5，作为对上述各图所示方法的实现，本申请提供了一种LED控制装置的一个实施例，该实施例与图1所示的方法实施例相对应。
如图5所示，本实施例的LED控制装置包括：
处理模块501，用于确定在每个PWM控制周期的上升沿所在时刻之前，于LED两级间施加电压的加压时刻；
控制模块502，用于判断是否到达加压时刻，若已到达，则按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压；
驱动模块503，用于当捕获到上升沿时，驱动LED开启；以及用于当捕获到下降沿时，切断在LED两级间施加的电压；
控制模块502还用于当LED两级间电压被切断后将LED连接至一放电电路直至LED两级间的电压下降至初始电压；其中，放电时长大于未连接放电电路时LED关闭后达到初始电压所需的时间。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述处理模块501还用于：
根据LED的导通电压和初始电压，计算驱动LED开启所需施加的电压差；
对计算得到的电压差进行拆分，确定驱动LED开启每次需增加的分级电压、对应的递增次数以及每一次增压后的电压稳定时长。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述控制模块502还用于：
在LED两级间逐次增加确定的分级电压并使得每次增加的分级电压保持对应的电压稳定时长以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述每次增加的分级电压相同。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述每次增加的分级电压不同，具体的：
在预设时间点之前每次增加的分级电压大于在预设时间点之后每次增加的分级电压。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述处理模块501还用于：
根据每一次的电压稳定时长，计算总稳定时长；
基于总稳定时长以及每个PWM控制周期的上升沿所在时刻，计算加压时刻。
本申请还提供了一种LED显示屏，其包括若干LED灯，其中，LED灯可以并联连接，每个LED灯基于上述LED控制方法实现控制，如此，每个LED灯在开启及关闭时的形成的交流信号变化量大大降低，从而也减轻了对其他LED控制电路的影响，提高了LED显示屏的显示效果。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LED控制方法，其特征在于，所述方法包括：
确定在每个PWM控制周期的上升沿所在时刻之前，于LED两级间施加电压的加压时刻；
判断是否到达所述加压时刻，若已到达，则按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压；
当捕获到上升沿时，驱动LED开启；
当捕获到下降沿时，切断在LED两级间施加的电压并将LED连接至一放电电路直至LED两级间的电压下降至预设的初始电压；其中，放电时长大于未连接放电电路时LED关闭后达到所述初始电压所需的时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据LED的导通电压和初始电压，计算驱动LED开启所需施加的电压差；
对计算得到的电压差进行拆分，确定驱动LED开启每次需增加的分级电压、对应的递增次数以及每一次增压后的电压稳定时长。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压包括：
在LED两级间逐次增加确定的分级电压并使得每次增加的分级电压保持对应的电压稳定时长以使达到上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述每次增加的分级电压相同。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述每次增加的分级电压不同，具体的：
在预设时间点之前每次增加的分级电压大于在所述预设时间点之后每次增加的分级电压。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加压时刻的获取方法包括：
根据每一次的电压稳定时长，计算总稳定时长；
基于总稳定时长以及每个PWM控制周期的上升沿所在时刻，计算加压时刻。
7.一种LED控制装置，其特征在于，所述装置包括：
处理模块，用于确定在每个PWM控制周期的上升沿所在时刻之前，于LED两级间施加电压的加压时刻；
控制模块，用于判断是否到达所述加压时刻，若已到达，则按照预设的电压增加规则在LED两级间逐步增加电压以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压；
驱动模块，用于当捕获到上升沿时，驱动LED开启；以及用于当捕获到下降沿时，切断在LED两级间施加的电压；
所述控制模块还用于当LED两级间电压被切断后将LED连接至一放电电路直至LED两级间的电压下降至预设的初始电压；其中，放电时长大于未连接放电电路时LED关闭后达到所述初始电压所需的时间。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理模块还用于：
根据LED的导通电压和初始电压，计算驱动LED开启所需施加的电压差；
对计算得到的电压差进行拆分，确定驱动LED开启每次需增加的分级电压、对应的递增次数以及每一次增压后的电压稳定时长。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：
在LED两级间逐次增加确定的分级电压并使得每次增加的分级电压保持对应的电压稳定时长以使到达上升沿所在时刻时施加在LED两级间的电压大于其导通电压。
10.一种LED显示屏，其特征在于，包括若干LED灯，每个LED灯基于权利要求1～6任意一项所述的LED控制方法进行控制。
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