CN114641112B - 基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方法、装置、处理器及其存储介质 - Google Patents

基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方法、装置、处理器及其存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构，包括驱动芯片、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、MCU模块，NMOS管的门极通过第一电阻与驱动芯片相连，第二电阻与第三电阻相连，NMOS管的门极与第二电阻的一端相连，源极与第三电阻的一端相连，MCU模块与GPIO引脚与第二电阻和第三电阻的相连的一端相连。本发明还涉及一种基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。采用了本发明的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，对因PWM脉宽改变而电源输出占空比未跟随的情况进行校准，达到电源输出电流平滑渐进的目的，改善用户体验。

Description

基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方 法、装置、处理器及其存储介质
技术领域
本发明涉及低功率LED调光开关电源电路领域，尤其涉及LED调光电源驱动领域，具体是指一种基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
在低功率LED调光开关电源Buck电路驱动中，虽然CCM（ConTInuous ConducTIonMode，（电感电流）连续导通模式）模式相对于DCM（DisconTInuous ConducTIon Mode，（电感电流）断续导通模式）模式存在因为续流二极管反向恢复电荷需要时间来消耗，且存在有脉冲输入电流等缺陷，但依靠其有着输出没有脉冲纹波，电路简单、调光精度高等优点，在LED调光电源驱动中依旧是首选方案。
CCM开关电源Buck驱动常规原理图如图1所示。工作原理如下：
图1中Rcs为采样电阻，通常两端电压差为固定值，从而通过控制电感电流的峰峰值实现输出电流的调节。其中当A点为高电平，Q1导通（B点对地导通为低电平），电流流动方向为Vin+—>Rcs—>LED1—>L1—>Q1—>GND，此过程中L1储存能量；当A点低电平，Q1关断时(Q1截止，B点是Vin+电压，为高电平)，电流流向为L1—>D1—>Rcs—>LED1—>L1，此过程中L1释放能量；两个过程中储存和释放的能量相等，其中Q1开通的时间决定了系统内储存和释放的能量大小，Q1开关的由驱动芯片U1提供，开关频率定义为Fsw（通常为100kHz ~400kHz），周期定义为Tsw，开通时间Tsw-on，关断时间Tsw-off。
同时该电路在工作时还需要PWM(Pulse width modulation，PWM)斩波信号来调节输出电流大小，其工作频率为Fpwm，周期Tpwm，开通时间Tpwm-on，关断时间Tpwm-off，通常Fpwm只有Fsw频率的1/10到1/100；所谓斩波，就是当PWM信号为1时，Q1可以正常开关工作；PWM信号为0时，Q1开关停止工作，仿佛这一段工作时间被“斩断”。理论上如果Fsw频率无限大，则PWM的占空比就是输出电流调节的比例，但实际情况Fsw不会无限大，通常只有PWM频率的10~100倍。
CCM开关电源Buck驱动电路的问题或缺陷：
PWM开通的时间Tpwm-on增加/减少过程中，如果增加/减少的时间ΔT时间里Q1刚好为关断状态，则ΔT内亮度就维持不变。这就导致LED在PWM斩波调光时会出现输出电流的上升/下降时出现阶梯的现象，此现象即为造成LED调光过程中闪烁/抖动的原因。
下图为基于现有CCM开关电源Buck电路进行调节LED亮度过程中电源输出电流在渐进过程中出现明显中断后电流向上跳跃，由此引起调光人眼视觉的灯光抖动，电源输出电流为通道3，如图2所示。
选取图2中PWM脉宽增加电流维持不变的区间△T为21Ms（由X1至X2），X1为电流维持不变的开始点，X2为电流维持不变的终点，其中通道1为斩波PWM，通道2为B点输出导通/截止电源输出信号，将示波器信号分辨率调整为20us/div，分别获取开始点与终点的PWM脉宽的波形图分别为图三和图四，由图可知开始与终点的PWM脉宽△X分别为52.8us 、54.4us，由于Q1存在一段截止不导通，导致在21Ms的时间PWM脉宽增加1.6us无效脉宽，且电流在该段△T区间维持不变。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足电路简单、调光精度高、适用范围较为广泛的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
该基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括驱动芯片、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、MCU模块，所述的NMOS管的门极通过第一电阻与驱动芯片相连，所述的第二电阻与第三电阻相连，NMOS管的门极与第二电阻的一端相连，源极与第三电阻的一端相连，MCU模块与GPIO引脚与第二电阻和第三电阻的相连的一端相连，所述的驱动芯片的EN/DIM端接收PWM信号来调节输出电流大小。
较佳地，所述的NMOS管的栅极的开关频率信号Fsw经过第二电阻和第三电阻分压，反馈至MCU模块的GPIO引脚，所述的MCU模块实时采集NMOS管的门极的采样信号，区分PWM信号的当前输出有效脉宽，若PWM信号的截止时间处于NMOS管的关断时间，则控制PWM信号跳过关断时间；若PWM信号的截止时间处于NMOS管的开通时间，则不控制跳过。
较佳地，所述的电路结构还包括采样电阻、LED、二极管、电感、第一电容，所述的采样电阻的两端均与驱动芯片相连，两端的电压差固定，所述的二极管的正极与NMOS管的漏极相连，二极管的负极与采样电阻的一端相连，所述的LED的正极与二极管的负极相连，LED的负极通过电感与二极管的正极相连，所述的电感与LED并联。
较佳地，所述的NMOS管由驱动芯片提供开关信号，所述的PWM斩波信号为1时，NMOS管正常开关工作；PWM信号为0时，NMOS管开关停止工作。
该利用上述电路结构基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
（1）对LED进行亮度调节；
（2）采集NMOS管的门极的采样信号；
（3）根据NMOS管的门极的反馈信号进行补偿校准；
（4）对PWM信号进行渐进调节。
较佳地，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：
（3.1）PWM信号的下降沿中断，获取NMOS管的开关信号的当前电平时间Tlevel和当前门极电平Level；
（3.2）判断采集的开关信号的脉宽是否存在0，如果是，则结束步骤，否则，继续步骤（3.3）；
（3.3）判断采集的开关信号的脉宽是否处于100KHz至400KHz之间，如果是，则继续步骤（3.4）；否则，计算关断时间Tsw-off和PWM校准补偿值Vadjust，继续步骤（3.6）；
（3.4）判断当前门极电平Level是否为低电平，如果是，则计算开通时间Tsw-on和关断时间Tsw-off，计算PWM校准补偿值Vadjust，继续步骤（3.6）；否则，计算开通时间Tsw-on和关断时间Tsw-off，继续步骤（3.5）；
（3.5）判断当前门极电平Level是否大于等于开通时间Tsw-on，如果是，则计算PWM校准补偿值Vadjust，否则，继续步骤（3.6）；
（3.6）采集的开关信号清零，定时器归零，结束步骤。
较佳地，所述的步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）设置定时器，并定时中断；
（4.2）判断当前亮度深度Lcur是否与目标亮度深度Ltgt相同，如果是，则结束步骤；否则，继续步骤（4.3）；
（4.3）判断计数器的计数值是否小于步长间隔Tinterval，如果是，则计数值加1，结束步骤；否则，继续步骤（4.4）；
（4.4）启动PWM信号的脉宽调节，判断当前亮度深度Lcur是否小于目标亮度深度Ltgt，如果是，则继续步骤（4.5）；否则，继续步骤（4.7）；
（4.5）判断PWM校准补偿值Vadjust是否不等于0，如果是，则当前亮度深度Lcur的取值加上PWM校准补偿值Vadjust的值；否则，当前亮度深度Lcur的取值加上步长大小Ssize；
（4.6）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于目标亮度深度Ltgt，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；否则，继续步骤（4.10）；
（4.7）判断PWM校准补偿值Vadjust是否不等于0，如果是，则继续步骤（4.8）；否则，继续步骤（4.9）；
（4.8）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于PWM校准补偿值Vadjust的值，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为PWM校准补偿值Vadjust的值；否则，取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；
（4.9）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于步长大小Ssize，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为步长大小Ssize的值；否则，取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；
（4.10）调用PWM输出接口，结束步骤。
较佳地，所述的步骤（2）具体包括以下步骤：
设置边沿中断的定时器，采集4个NMOS管的开关信号的脉宽。
较佳地，所述的步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）设置预设亮度深度Lset和调节时间T；
（1.2）判断当前亮度深度Lcur是否与目标亮度深度Ltgt相同，如果是，则结束步骤；否则，继续步骤（1.3）；
（1.3）计算偏差值Voffset；
（1.4）判断偏差值Voffset是否大于等于调节时间T，分别计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval；
（1.5）设置目标亮度深度为预设亮度深度Lset。
较佳地，所述的步骤（4）中在偏差值Voffset大于等于调节时间T时计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval，具体为：
根据以下公式计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval：
Ssize＝Voffset/2；
Tinterval＝0；
其中，Voffset为偏差值；
所述的步骤（4）中在偏差值Voffset小于调节时间T时计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval，具体为：
根据以下公式计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval：
Ssize＝1；
Tinterval＝Voffset/2；
其中，Voffset为偏差值。
该基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
该基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
采用了本发明的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，基于CCM模式的开关电源Buck电路和特性，通过软件硬件相结合，在调光算法中对原有的LED亮度调节过程中因PWM脉宽改变而电源输出占空比未跟随的情况进行校准，最终达到电源输出电流平滑渐进的目的，从根本上解决LED斩波调光电源在调光过程中抖动的问题，以此改善用户体验。
附图说明
图1为现有技术的CCM开关电源Buck电路结构示意图。
图2为现有技术的CCM开关电源Buck电路结构的调光过程中输出阶梯电流示意图。
图3为现有技术的电流维持不变时开始点PWM与电源A点输出信号示意图。
图4为现有技术的电流维持不变时终点PWM与电源B点输出信号示意图。
图5为本发明的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构的示意图。
图6为本发明的电源输出Q1开关信号Fsw的最大有效时间Tsw-on示意图。
图7为本发明的电源输出Q1开关信号Fsw跳过无效时间Tsw-off示意图。
图8为本发明的亮度调节设置流程示意图。
图9为本发明的PWM与Fsw的对应关系图示意图。
图10为本发明的Fsw脉宽采集流程示意图。
图11为本发明的Fsw脉宽补偿值计算流程示意图。
图12为本发明的PWM渐进调节流程示意图。
图13为本发明的电源斩波输出脉宽反馈电路的电流爬升示意图。
图14为本发明的补偿前的PWM脉宽与电源输出脉冲数示意图。
图15为本发明的补偿后的PWM脉宽与电源输出脉冲数示意图。
图16为本发明的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构，其中包括驱动芯片、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、MCU模块，所述的NMOS管的门极通过第一电阻与驱动芯片相连，所述的第二电阻与第三电阻相连，NMOS管的门极与第二电阻的一端相连，源极与第三电阻的一端相连，MCU模块与GPIO引脚与第二电阻和第三电阻的相连的一端相连，所述的驱动芯片的EN/DIM端接收PWM信号来调节输出电流大小。
作为本发明的优选实施方式，所述的NMOS管的栅极的开关频率信号Fsw经过第二电阻和第三电阻分压，反馈至MCU模块的GPIO引脚，所述的MCU模块实时采集NMOS管的门极的采样信号，区分PWM信号的当前输出有效脉宽，若PWM信号的截止时间处于NMOS管的关断时间，则控制PWM信号跳过关断时间；若PWM信号的截止时间处于NMOS管的开通时间，则不控制跳过。
作为本发明的优选实施方式，所述的电路结构还包括采样电阻、LED、二极管、电感、第一电容，所述的采样电阻的两端均与驱动芯片相连，两端的电压差固定，所述的二极管的正极与NMOS管的漏极相连，二极管的负极与采样电阻的一端相连，所述的LED的正极与二极管的负极相连，LED的负极通过电感与二极管的正极相连，所述的电感与LED并联。
作为本发明的优选实施方式，所述的NMOS管由驱动芯片提供开关信号，所述的PWM斩波信号为1时，NMOS管正常开关工作；PWM信号为0时，NMOS管开关停止工作。
该利用上述电路结构基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
（1）对LED进行亮度调节；
（2）采集NMOS管的门极的采样信号；
（3）根据NMOS管的门极的反馈信号进行补偿校准；
（4）对PWM信号进行渐进调节。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：
（3.1）PWM信号的下降沿中断，获取NMOS管的开关信号的当前电平时间Tlevel和当前门极电平Level；
（3.2）判断采集的开关信号的脉宽是否存在0，如果是，则结束步骤，否则，继续步骤（3.3）；
（3.3）判断采集的开关信号的脉宽是否处于100KHz至400KHz之间，如果是，则继续步骤（3.4）；否则，计算关断时间Tsw-off和PWM校准补偿值Vadjust，继续步骤（3.6）；
（3.4）判断当前门极电平Level是否为低电平，如果是，则计算开通时间Tsw-on和关断时间Tsw-off，计算PWM校准补偿值Vadjust，继续步骤（3.6）；否则，计算开通时间Tsw-on和关断时间Tsw-off，继续步骤（3.5）；
（3.5）判断当前门极电平Level是否大于等于开通时间Tsw-on，如果是，则计算PWM校准补偿值Vadjust，否则，继续步骤（3.6）；
（3.6）采集的开关信号清零，定时器归零，结束步骤。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）设置定时器，并定时中断；
（4.2）判断当前亮度深度Lcur是否与目标亮度深度Ltgt相同，如果是，则结束步骤；否则，继续步骤（4.3）；
（4.3）判断计数器的计数值是否小于步长间隔Tinterval，如果是，则计数值加1，结束步骤；否则，继续步骤（4.4）；
（4.4）启动PWM信号的脉宽调节，判断当前亮度深度Lcur是否小于目标亮度深度Ltgt，如果是，则继续步骤（4.5）；否则，继续步骤（4.7）；
（4.5）判断PWM校准补偿值Vadjust是否不等于0，如果是，则当前亮度深度Lcur的取值加上PWM校准补偿值Vadjust的值；否则，当前亮度深度Lcur的取值加上步长大小Ssize；
（4.6）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于目标亮度深度Ltgt，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；否则，继续步骤（4.10）；
（4.7）判断PWM校准补偿值Vadjust是否不等于0，如果是，则继续步骤（4.8）；否则，继续步骤（4.9）；
（4.8）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于PWM校准补偿值Vadjust的值，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为PWM校准补偿值Vadjust的值；否则，取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；
（4.9）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于步长大小Ssize，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为步长大小Ssize的值；否则，取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；
（4.10）调用PWM输出接口，结束步骤。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（2）具体包括以下步骤：
设置边沿中断的定时器，采集4个NMOS管的开关信号的脉宽。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）设置预设亮度深度Lset和调节时间T；
（1.2）判断当前亮度深度Lcur是否与目标亮度深度Ltgt相同，如果是，则结束步骤；否则，继续步骤（1.3）；
（1.3）计算偏差值Voffset；
（1.4）判断偏差值Voffset是否大于等于调节时间T，分别计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval；
（1.5）设置目标亮度深度为预设亮度深度Lset。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤（4）中在偏差值Voffset大于等于调节时间T时计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval，具体为：
根据以下公式计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval：
Ssize＝Voffset/2；
Tinterval＝0；
其中，Voffset为偏差值；
所述的步骤（4）中在偏差值Voffset小于调节时间T时计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval，具体为：
根据以下公式计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval：
Ssize＝1；
Tinterval＝Voffset/2；
其中，Voffset为偏差值。
本发明的该基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的装置，其中，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
本发明的该基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的处理器，其中，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
本发明的该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
本发明的具体实施方式中，在CCM开关电源Buck驱动中利用电源输出脉宽的反馈在软件中进行校准的平滑调光。本案的PWM斩波调光存在输出电流断续的情况，其断续的频率与PWM频率一致，这也是导致PWM斩波调光存在频闪的根本原因，本案就是通过检测斩波的状态并通过软件的算法对输出波形进行优化。
本发明的电路结构简单，有且仅有在Q1门极出增加电路分压反馈电路，基于CCM开关电源Buck电路驱动实现有效闭环控制，通过软件解决CCM开关电源普遍存在LED调光过程中因斩波PWM信号结束时无法确定Q1的开/关状态而出现的调光抖动。
根据CCM开关电源Buck电路驱动的工作原理和电路分析，导致PWM调光出现阶梯变化的原因是在PWM信号开通时间Tpwm-on增加ΔT的时间里，NMOS管Q1刚好处于关断状态。对此可以将Q1工作的过程开关的高、低信号的时间分为有效工作时间T1（Tsw-on）和无效工作时间（Tsw-off），其中Q1关断时电感续流，不影响输出电流。真正的调光应该是对有效工作时间的T1的PWM斩波。
根据上述分析，对电流硬件进行优化，增加Q1门极信号的采样，通过MCU（Microcontroller Unit，MCU）根据Q1门极的采样信号区分出当前PWM脉宽的截止时间处于Q1的开通时间还是关断时间，当PWM截止时间处于Q1的无效关断时间，则控制PWM脉宽信号跳过无效的关断时间，从而实现跳过LED调光过程中输出电流维持不变的时间，以达到调光过程中电流输出持续渐进增加。
图5为改进后的电源斩波输出脉宽反馈电路，其原理为将A点的开关频率信号Fsw经过电阻R2、R3分压后，反馈至MCU的GPIO（General-purpose input/output）引脚，由软件进行实时采集反馈信号，并根据PWM的当前输出有效脉宽，判断PWM脉宽截止时间是否处于Q1的关断时间，并由此判断是否需要跳过无效的关断时间。
本发明的硬件部分如图5所示，在Q1门极信号的采样处，存在信号反馈给MCU。
电路为对CCM开关电源的Buck输出信号通过两个电阻（R2、R3）进行降压后反馈到MCU，由软件检测Q1门极处于有效工作时间T1（Tsw-on）、无效工作时间T2（Tsw-off），并通过软件调节PWM跳过Q1无效的工作时间T2（Tsw-off），实现LED平滑调光。
本发明的软件部分在整个LED调光过程中，每当在PWM脉宽调整到电源输出Q1的开关信号Fsw的最大有效工作时间T1（Tsw-on）时是否存在跳过无效工作时间（Tsw-off），也即是否存在由图6跳变至图7的现象。
根据硬件侧基于原有CCM开关电源Buck电路驱动改进实施方案，软件侧根据Q1门极的反馈信号进行补偿校准，以求在PWM脉宽截止时处于Fsw的最大的有效导通时间时跳过无效关断时间。以下为本发明实现的策略和流程。
参数设定：调光间隔为1ms，PWM频率为4KHz。
输入接口为亮度深度设置Lset和调节过程时间T，单位为ms。
输出接口为硬件PWM输出调节。
全局变量标识包含Lcur为当前亮度深度，Ltgt为目标亮度深度，Tinterval为步长间隔，Ssize为步长大小，Vadjust为PWM校准补偿值。
亮度调节设置为设置LED调暗、调亮，亮度调节设置流程如图8所示。
1、CCM开关电源Buck电路Q1门极反馈信号计算如下：
Q1门极的信号由4部分组成，分别为PWM低电平对应的Toff，以及PWM高电平对应的Tstart-up、Tsw-on、以及Tsw-off。其中Tstart-up为CCM开关电源Buck驱动芯片U1的启动时间，当U1的输出电流到达0时该启动时间则会存在， PWM 与Fsw的对应关系信号图如图9所示。
由图9可知，要想PWM脉宽在到达Q1门极无效开关Tsw-off时跳过该段区间，只需要在PWM下降沿时获取到PWM下降沿前的4个Fsw信号脉宽，可以分成以下几种情况：
A、PWM关闭：无Fsw信号；
B、PWM导通至Tstart-up未结束时关闭：存在Toff、以及不完整的Tstart-up；
C、PWM导通至第一个Fsw-off时关闭：存在Toff、Tstart-up、以及不完整的Tsw-off时间；
D、PWM导通至第一个Fsw-on时关闭：存在Toff、Tstart-up、Tsw-off、以及不完整的Tsw-on；
E、PWM导通至第二个Fsw-off时关闭：存在Toff、Tstart-up、Tsw-off以及Tswon、以及不完整的Tsw-off；
F、其他的情况至少都会存在Tsw-on、Tsw-off以及不完整的Tsw-on或不完整的Tsw-off。
其中A、B、C、D 4种情况由于无法感知到完整的Tsw-on和Tsw-off的时间，所以应该丢弃处理，因此只需要对E、F两种情况进行处理，当为情况E时，根据前Tsw-off的时间减去不完整的Tsw-off的时间即为校准补偿的时间Vadjust。当为情况F时，则判断不完整是否为Tsw-off，当不完整的为Tsw-off时，则根据前Tsw-off时间减去不完整Tsw-off的时间即为校准补偿的时间Vadjust。当不完整的为Tsw-on时，则判断不完整的Tsw-on的时间是否大于前Tsw-on的时间，如果条件成立则校准补偿时间Vadjust 等于Tsw-off。
具体方法：
（1）为A、B、C、D4种情况时，采集不满4个Fsw脉宽buffer。
（2）CCM开关电源Buck驱动输出频率在100kHz～400kHz的范围，则只需要对4个Fsw信号脉宽判断是否符合频率区间，即可分辨为情况E还是情况F。
2、CCM开关电源Buck驱动Fsw脉宽采集流程：
初始设置：设置边沿中断、100ns的定时器；
变量说明：
BufFsw[4]：为采集Fsw脉宽的4个buffer；
BufCount：为采集Fsw脉宽的计数器；
如图10所示为Fsw脉宽采集流程。
3、CCM开关电源Buck驱动Fsw脉宽补偿值计算流程：
初始设置：设置下降沿中断；
变量说明：
Tlevel为当前Q1电平时间，Level为当前Q1门极电平。
如图11所示为Fsw脉宽补偿值计算流程。
4、1ms软件中断中PWM渐进调节流程：
初始设置：设置1ms的定时器；
变量说明：Ttemp 为1ms间隔计数器。
如图12所示为PWM渐进调节流程。
在本发明的具体实施例中，如图13所示为电源斩波输出脉宽反馈电路的电流爬升，调光过程中电流爬升的效果如图中通道4所示。
为验证技术方案是否生效，在代码中通过增加一个当电源输出脉宽反馈校准时的指示信号，该方案中通过在跳过Q1无效关断时间的补偿时拉高GPIO引脚为高电平，否则该GPIO口为低电平，该GPIO口的信号如图14和图15中的通道4。
如图14所示中通道1为MCU输出PWM脉宽信号，通道2为Buck电源输出B点脉冲，将示波器信号分辨率调整为20us/div，发现此时PWM脉宽正好落在Buck电源输出脉冲的低电平结束的时间点，且此时的PWM脉宽为△X为100us。
通过水平移动示波器坐标，在反馈标识信号为低电平时第一个MCU输出PWM脉宽，如图15所示，发现PWM脉宽△X调整为为102us，且此时PWM输出脉宽刚好落下电源输出最后的高脉冲下降沿，通过数电源输出脉冲个数，同时发现较前一个周期增加了一个高脉冲，以此验证本专利算法生效。
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
采用了本发明的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构、方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，基于CCM模式的开关电源Buck电路和特性，通过软件硬件相结合，在调光算法中对原有的LED亮度调节过程中因PWM脉宽改变而电源输出占空比未跟随的情况进行校准，最终达到电源输出电流平滑渐进的目的，从根本上解决LED斩波调光电源在调光过程中抖动的问题，以此改善用户体验。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (12)

1.一种基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括驱动芯片、NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、MCU模块，所述的NMOS管的门极通过第一电阻与驱动芯片相连，所述的第二电阻与第三电阻相连，NMOS管的门极与第二电阻的一端相连，源极与第三电阻的一端相连，MCU模块与GPIO引脚与第二电阻和第三电阻的相连的一端相连，所述的驱动芯片的EN/DIM端接收PWM信号来调节输出电流大小；
所述的NMOS管的栅极的开关频率信号Fsw经过第二电阻和第三电阻分压，反馈至MCU模块的GPIO引脚，所述的MCU模块实时采集NMOS管的门极的采样信号，区分PWM信号的当前输出有效脉宽，若PWM信号的截止时间处于NMOS管的关断时间，则控制PWM信号跳过关断时间；若PWM信号的截止时间处于NMOS管的开通时间，则不控制跳过。
2.根据权利要求1所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括采样电阻、LED、二极管、电感、第一电容，所述的采样电阻的两端均与驱动芯片相连，两端的电压差固定，所述的二极管的正极与NMOS管的漏极相连，二极管的负极与采样电阻的一端相连，所述的LED的正极与二极管的负极相连，LED的负极通过电感与二极管的正极相连，所述的电感与LED并联。
3.根据权利要求1所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的电路结构，其特征在于，所述的NMOS管由驱动芯片提供开关信号，所述的PWM信号为1时，NMOS管正常开关工作；PWM信号为0时，NMOS管开关停止工作。
4.一种基于权利要求1所述的电路结构的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
（1）对LED进行亮度调节；
（2）采集NMOS管的门极的采样信号；
（3）根据NMOS管的门极的反馈信号进行补偿校准；
（4）对PWM信号进行渐进调节。
5.根据权利要求4所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法，其特征在于，所述的步骤（3）具体包括以下步骤：
（3.1）PWM信号的下降沿中断，获取NMOS管的开关信号的当前电平时间Tlevel和当前门极电平Level；
（3.2）判断采集的开关信号的脉宽是否存在0，如果是，则结束步骤，否则，继续步骤（3.3）；
（3.3）判断采集的开关信号的脉宽是否处于100KHz至400KHz之间，如果是，则继续步骤（3.4）；否则，计算关断时间Tsw-off和PWM校准补偿值Vadjust，继续步骤（3.6）；
（3.4）判断当前门极电平Level是否为低电平，如果是，则计算开通时间Tsw-on和关断时间Tsw-off，计算PWM校准补偿值Vadjust，继续步骤（3.6）；否则，计算开通时间Tsw-on和关断时间Tsw-off，继续步骤（3.5）；
（3.5）判断当前门极电平Level是否大于等于开通时间Tsw-on，如果是，则计算PWM校准补偿值Vadjust，否则，继续步骤（3.6）；
（3.6）采集的开关信号清零，定时器归零，结束步骤。
6.根据权利要求4所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法，其特征在于，所述的步骤（4）具体包括以下步骤：
（4.1）设置定时器，并定时中断；
（4.2）判断当前亮度深度Lcur是否与目标亮度深度Ltgt相同，如果是，则结束步骤；否则，继续步骤（4.3）；
（4.3）判断计数器的计数值是否小于步长间隔Tinterval，如果是，则计数值加1，结束步骤；否则，继续步骤（4.4）；
（4.4）启动PWM信号的脉宽调节，判断当前亮度深度Lcur是否小于目标亮度深度Ltgt，如果是，则继续步骤（4.5）；否则，继续步骤（4.7）；
（4.5）判断PWM校准补偿值Vadjust是否不等于0，如果是，则当前亮度深度Lcur的取值加上PWM校准补偿值Vadjust的值；否则，当前亮度深度Lcur的取值加上步长大小Ssize；
（4.6）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于目标亮度深度Ltgt，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；否则，继续步骤（4.10）；
（4.7）判断PWM校准补偿值Vadjust是否不等于0，如果是，则继续步骤（4.8）；否则，继续步骤（4.9）；
（4.8）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于PWM校准补偿值Vadjust的值，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为PWM校准补偿值Vadjust的值；否则，取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；
（4.9）判断当前亮度深度Lcur是否大于等于步长大小Ssize，如果是，则取当前亮度深度Lcur的值为步长大小Ssize的值；否则，取当前亮度深度Lcur的值为目标亮度深度Ltgt的值，继续步骤（4.10）；
（4.10）调用PWM输出接口，结束步骤。
7.根据权利要求4所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法，其特征在于，所述的步骤（2）具体包括以下步骤：
设置边沿中断的定时器，采集4个NMOS管的开关信号的脉宽。
8.根据权利要求4所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法，其特征在于，所述的步骤（1）具体包括以下步骤：
（1.1）设置预设亮度深度Lset和调节时间T；
（1.2）判断当前亮度深度Lcur是否与目标亮度深度Ltgt相同，如果是，则结束步骤；否则，继续步骤（1.3）；
（1.3）计算偏差值Voffset；
（1.4）判断偏差值Voffset是否大于等于调节时间T，分别计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval；
（1.5）设置目标亮度深度为预设亮度深度Lset。
9.根据权利要求4所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法，其特征在于，所述的步骤（4）中在偏差值Voffset大于等于调节时间T时计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval，具体为：
根据以下公式计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval：
Ssize＝Voffset/2；
Tinterval＝0；
其中，Voffset为偏差值；
所述的步骤（4）中在偏差值Voffset小于调节时间T时计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval，具体为：
根据以下公式计算步长大小Ssize和步长间隔Tinterval：
Ssize＝1；
Tinterval＝Voffset/2；
其中，Voffset为偏差值。
10.一种基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的装置，其特征在于，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求4至9中任一项所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
11.一种基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求4至9中任一项所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求4至9中任一项所述的基于电源斩波实现输出脉宽反馈的平滑调光的方法的各个步骤。
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