CN115915537A - Pwm信号转换电路、方法及led调光系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种PWM信号转换电路、方法及LED调光系统，包括：PWM信号检测模块，输出与PWM信号的低电平时间对应的第一电压及与高电平时间对应的第二电压；加法模块，对第一、第二电压求和得到第三电压；开关信号产生模块，基于第三电压产生开关信号；占空比比值产生模块，基于开关信号对PWM信号的高电平计数，得到占空比比值；输出电压产生模块，基于占空比比值得到与PWM信号的占空比相关的输出电压。本发明无需使用大电容，芯片外围电路简单；只需要经过一个PWM信号周期就可提取PWM信号的占空比，快速高效；对PWM信号进行占空比计数的频率与PWM本身频率成固定的倍数，因此不管PWM信号频率如何变化，对占空比的计数始终是固定不变的，准确性高。

Description

PWM信号转换电路、方法及LED调光系统

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种PWM信号转换电路、方法及LED调光系统。

背景技术

在LED照明的应用中，通常采用低通滤波器将调光PWM信号转成模拟信号，图1为低通滤波器中常见的RC滤波电路。采用低通滤波器将PWM信号滤成模拟信号，需要用到大容量的电容C才能将低频的PWM信号滤成纹波比较小的模拟信号给芯片内部使用，无法集成到芯片内部。对于给定的PWM信号来说，

期望的模拟信号为Duty*Vref。

另外，可以通过数字采样技术得到Ton和Toff的值来进行数字运算得到相应的模拟信号，但是由于

需要用到除法，因此数字电路也难以简单的实现。

因此，如何在减小外围电路复杂度、降低成本的基础上提出一种易于实现的PWM信号转换电压，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种PWM信号转换电路、方法及LED调光系统，用于解决现有技术中PWM信号转换电路的外围电路复杂、成本高、难以实现等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种PWM信号转换电路，所述PWM信号转换电路至少包括：

PWM信号检测模块，接收PWM信号，检测所述PWM信号的低电平时间及高电平时间，并输出与所述低电平时间对应的第一电压及与所述高电平时间对应的第二电压；

加法模块，连接于所述PWM信号检测模块的输出端，对所述第一电压及所述第二电压求和得到第三电压；

开关信号产生模块，连接于所述加法模块的输出端，基于所述第三电压产生开关信号，其中，所述开关信号的频率大于所述PWM信号的频率；

占空比比值产生模块，连接于所述开关信号产生模块的输出端，在所述PWM信号的上升沿开始对所述开关信号进行计数，在所述PWM信号的下降沿结束计数，并得到所述PWM信号的占空比比值；

输出电压产生模块，连接于所述占空比比值产生模块的输出端，基于所述PWM信号的占空比比值得到与所述PWM信号的占空比相关的输出电压。

可选地，所述PWM信号检测模块包括检测单元、第一计数单元、第一数模转换单元及时间电压转换单元；

所述检测单元接收所述PWM信号，对所述PWM信号的下降沿、上升沿、低电平及高电平进行检测；

所述第一计数单元连接于所述检测单元的输出端，基于采样时钟信号对所述PWM信号的下降沿和上升沿的数量总和进行计数，输出计数结果及溢出位；

所述第一数模转换单元连接于所述第一计数单元的输出端，将所述计数结果转换为模拟信号；

所述时间电压转换单元连接于所述检测单元、所述第一计数单元及所述第一数模转换单元的输出端，基于所述第一数模转换单元输出的模拟信号、所述溢出位及所述PWM信号的检测信号产生所述第一电压及所述第二电压。

更可选地，所述第一计数单元包括加法器及计数器；所述加法器连接于所述检测单元的输出端，对所述PWM信号的上升沿触发信号和下降沿触发信号求和；所述计数器的复位端连接所述加法器的输出端，时钟端接收所述采样时钟信号，第一输出端输出所述计数结果，第二输出端输出所述溢出位。

更可选地，所述时间电压转换单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一电压输出子单元、第二电压输出子单元、第一控制器及第二控制器；

所述第一开关的一端连接所述第一数模转换单元的输出端，另一端连接所述第一电压输出子单元的输入端，控制端连接所述PWM信号的上升沿触发信号；

所述第二开关的一端连接所述第一数模转换单元的输出端，另一端连接所述第一二极管的阳极，控制端连接所述PWM信号的低电平检测信号；所述第一二极管的阴极连接所述第一电压输出子单元的输入端；

所述第三开关的一端连接所述第一数模转换单元的输出端，另一端连接所述第二电压输出子单元的输入端，控制端连接所述PWM信号的下降沿触发信号；

所述第四开关的一端连接所述第一数模转换单元的输出端，另一端连接所述第二二极管的阳极，控制端连接所述PWM信号的高电平检测信号；所述第二二极管的阴极连接所述第二电压输出子单元的输入端；

所述第一电容的上极板连接所述第一电压输出子单元的输入端，下极板接地；

所述第二电容的上极板连接所述第二电压输出子单元的输入端，下极板接地；

所述第一控制器连接所述检测单元及所述第一计数单元的输出端，基于所述PWM信号的低电平检测信号及所述溢出位产生所述第五开关的控制信号；所述第五开关并联于所述第一电容的两端，当所述PWM信号为低电平且所述溢出位有效时导通所述第五开关；

所述第二控制器连接所述检测单元及所述第一计数单元的输出端，基于所述PWM信号的高电平检测信号及所述溢出位产生所述第六开关的控制信号；所述第六开关并联于所述第二电容的两端，当所述PWM信号为高电平且所述溢出位有效时导通所述第六开关。

更可选地，所述第一控制器及所述第二控制器为与逻辑门，所述第五开关及所述第六开关为NMOS管。

更可选地，所述第三电压满足如下关系式：

其中，V_o1为所述第三电压；V_Toff为所述第一电压；V_Ton为所述第二电压；T_PWM为所述PWM信号的周期；T_{H_CLK}为所述采样时钟信号的周期；

为所述第一数模转换单元的输出电压精度。

可选地，所述开关信号产生模块包括电流源、第三电容、比较单元及第七开关；

所述电流源的一端连接电源电压，另一端连接所述第三电容的上极板；所述第三电容的下极板接地；

所述比较单元的输入端分别连接所述第三电容的上极板及所述加法模块的输出端，输出端连接所述第七开关的控制端；

所述第七开关并联于所述第三电容的两端，当所述第三电容上极板的电压达到所述第三电压时导通所述第七开关。

更可选地，所述开关信号的频率满足如下关系式：

其中，F_new为所述开关信号的频率；K1为所述开关信号的频率高于所述PWM信号的频率的倍数，设定为固定值；F_PWM为所述PWM信号的频率；I1为流经所述电流源的电流；C3为所述第三电容的容值；V_o1为所述第三电压的电压值。

可选地，所述占空比比值产生模块包括第二计数单元及锁存器；

所述第二计数单元的时钟端连接所述开关信号产生模块的输出端，复位端连接所述PWM信号的上升沿触发信号；

所述锁存器的输入端连接所述第二计数单元的输出端，控制端连接所述PWM信号的下降沿触发信号，输出所述PWM信号的占空比比值。

可选地，所述输出电压产生模块包括第二数模转换单元及分压单元；所述第二数模转换单元接收所述PWM信号的占空比比值，将所述PWM信号的占空比比值转换为模拟信号；所述分压单元连接于所述第二数模转换单元的输出端，将所述第二数模转换单元输出的模拟信号分压得到所述输出电压。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种PWM信号转换方法，所述PWM信号转换方法至少包括：

获取PWM信号，检测所述PWM信号的低电平时间并得到对应的第一电压，检测所述PWM信号的高电平时间并得到对应的第二电压；

将所述第一电压与所述第二电压求和得到第三电压；

基于所述第三电压产生开关信号，所述开关信号的频率比所述PWM信号的频率高固定倍数；

基于所述开关信号对所述PWM信号的高电平进行计数，并产生所述PWM信号的占空比比值；

基于所述PWM信号的占空比比值得到与所述PWM信号的占空比相关的输出电压。

可选地，所述PWM信号转换方法包括对所述PWM信号的上升沿及下降沿的总和进行计数，并将计数结果转换为模拟信号；基于所述计数结果的模拟信号及所述PWM信号的上升沿触发信号、下降沿触发信号、高电平检测信号、低电平检测信号产生所述第一电压及所述第二电压。

可选地，所述固定倍数设定为100倍。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种LED调光系统，所述LED调光系统至少包括：

上述PWM信号转换电路，用于将调光的PWM信号转换为模拟的输出电压；

LED驱动电路，与所述PWM信号转换电路连接，基于所述PWM信号转换电路的输出信号驱动LED灯串实现调光控制。

如上所述，本发明的PWM信号转换电路、方法及LED调光系统，具有以下有益效果：

1、本发明的PWM信号转换电路、方法及LED调光系统无需使用大电容就可以将低频的PWM信号的占空比比值提取出来，可集成在芯片内部，简化芯片外围电路。

2、本发明的PWM信号转换电路、方法及LED调光系统中PWM信号的占空比比值的提取只需要经过一个PWM信号周期就可以做到，使得输出信号即时跟随PWM信号变化，而通常使用的滤波方法需要好几个PWM信号周期才能达到稳定。

3、本发明的PWM信号转换电路、方法及LED调光系统对PWM信号进行占空比计数的频率与PWM本身频率成固定的倍数，因此不管PWM信号频率如何变化，对占空比的计数始终是固定不变的，准确性高。

4、本发明的PWM信号转换电路、方法及LED调光系统中将固定频率设定为K1＝100，占空比比值产生模块输出的计数值就可以直接当作PWM信号的占空比的读数。

附图说明

图1显示为现有技术中的RC低通滤波电路的结构示意图。

图2显示为本发明的PWM信号转换电路的结构示意图。

图3显示为本发明的PWM信号检测模块的结构示意图。

图4显示为本发明的PWM信号转换方法的流程示意图。

图5显示为本发明的LED调光系统的结构示意图。

元件标号说明

1                      PWM信号转换电路

11                     PWM信号检测模块

111                    检测单元

111a                   下降沿触发器

111b                   上升沿触发器

111c                   低电平检测器

111d                   高电平检测器

112                    第一计数单元

112a                   加法器

112b                   计数器

113                    第一数模转换单元

114                    时间电压转换单元

114a                   第一电压输出子单元

114b                   第二电压输出子单元

114c                   第一控制器

114d                   第二控制器

12                     加法模块

13                     开关信号产生模块

131                    比较单元

14                     占空比比值产生模块

141                    第二计数单元

142                    锁存器

15                     输出电压产生模块

151                    第二数模转换单元

152                    分压单元

2                      LED驱动电路

S1～S5                 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种PWM信号转换电路，所述PWM信号转换电路包括：

PWM信号检测模块11、加法模块12、开关信号产生模块13、占空比比值产生模块14及输出电压产生模块15。

如图2所示，所述PWM信号检测模块11接收PWM信号，检测所述PWM信号的低电平时间及高电平时间，并输出与所述低电平时间对应的第一电压V_Toff及与所述高电平时间对应的第二电压V_Ton。

具体地，在本实施例中，所述PWM信号通过调光端口DIM输入所述PWM信号检测模块11，用于实现调光控制，在实际使用中，任意需要将PWM信号转换为模拟信号的场合均适用于本发明，在此不一一赘述。

具体地，如图3所示，在本实施例中，所述PWM信号检测模块11包括检测单元111、第一计数单元112、第一数模转换单元113及时间电压转换单元114。在实际使用中，任意能得到与所述PWM信号的低电平时间相对应的第一电压V_Toff及与所述PWM信号的高电平时间相对应的第二电压V_Ton的电路结构均适用于本发明，不以本实施例为限。

更具体地，所述检测单元111接收所述PWM信号，对所述PWM信号的下降沿、上升沿、低电平及高电平进行检测。作为示例，所述检测单元111包括下降沿触发器111a、上升沿触发器111b、低电平检测器111c及高电平检测器111d。所述下降沿触发器111a、所述上升沿触发器111b、所述低电平检测器111c及所述高电平检测器111d分别接收所述PWM信号并进行相应检测。

更具体地，所述第一计数单元112连接于所述检测单元111的输出端，基于采样时钟信号High CLK对所述PWM信号的下降沿和上升沿的数量总和进行计数，输出计数结果及溢出位，其中，所述采样时钟信号High CLK的频率大于所述PWM信号的频率。作为示例，所述第一计数单元112包括加法器112a及计数器112b。所述加法器112a连接于所述检测单元111的输出端，对所述PWM信号的上升沿触发信号和下降沿触发信号求和；所述计数器112b的复位端Reset连接所述加法器112a的输出端，时钟端CLK接收所述采样时钟信号High CLK，第一输出端OUT输出所述计数结果，第二输出端OV输出所述溢出位。需要说明的是，所述PWM信号的上升沿和下降沿均触发计数，在确保上升沿和下降沿均能触发计数器进行计数的情况下，无需设置加法器，不以本实施例为限。

更具体地，所述第一数模转换单元113连接于所述第一计数单元112的输出端，将所述计数结果转换为模拟信号。任意能实现数模转换的电路结构均适用于本发明，在此不一一赘述。

更具体地，所述时间电压转换单元114连接于所述检测单元111、所述第一计数单元112及所述第一数模转换单元113的输出端，基于所述第一数模转换单元113输出的模拟信号、所述溢出位及所述PWM信号的检测信号产生所述第一电压V_Toff及所述第二电压V_Ton。作为示例，所述时间电压转换单元114包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关Q1、第六开关Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、第一电压输出子单元114a、第二电压输出子单元114b、第一控制器114c及第二控制器114d。所述第一开关S1的一端连接所述第一数模转换单元113的输出端，另一端连接所述第一电压输出子单元114a的输入端，控制端连接所述PWM信号的上升沿触发信号；所述第二开关S2的一端连接所述第一数模转换单元113的输出端，另一端连接所述第一二极管D1的阳极，控制端连接所述PWM信号的低电平检测信号；所述第一二极管D1的阴极连接所述第一电压输出子单元114a的输入端；所述第三开关S3的一端连接所述第一数模转换单元113的输出端，另一端连接所述第二电压输出子单元114b的输入端，控制端连接所述PWM信号的下降沿触发信号；所述第四开关S4的一端连接所述第一数模转换单元113的输出端，另一端连接所述第二二极管D2的阳极，控制端连接所述PWM信号的高电平检测信号；所述第二二极管D2的阴极连接所述第二电压输出子单元114b的输入端；所述第一电容C1的上极板连接所述第一电压输出子单元114a的输入端，下极板接地；所述第二电容C2的上极板连接所述第二电压输出子单元114b的输入端，下极板接地；所述第一控制器114c连接所述检测单元111及所述第一计数单元112的输出端，基于所述PWM信号的低电平检测信号及所述溢出位产生所述第五开关Q1的控制信号；所述第五开关Q1并联于所述第一电容C1的两端，当所述PWM信号为低电平且所述溢出位有效时导通所述第五开关Q1；所述第二控制器114d连接所述检测单元111及所述第一计数单元112的输出端，基于所述PWM信号的高电平检测信号及所述溢出位产生所述第六开关Q2的控制信号；所述第六开关Q2并联于所述第二电容C2的两端，当所述PWM信号为高电平且所述溢出位有效时导通所述第六开关Q2。进一步地，在本示例中，所述第一控制器114c及所述第二控制器114d为与逻辑门，所述第五开关Q1及所述第六开关Q1为NMOS管，当所述第一控制器114c输出高电平时所述第五开关Q1导通，当所述第二控制器114d输出高电平时所述第六开关Q2导通；在实际应用中可根据实际需要选择相应的器件，能满足上述逻辑关系即可。

需要说明的是，所述第一、第二、第三、第四、第五及第六开关的类型可根据需要设置，所述第一、第二、第三及第四开关也可采用NMOS实现，在此不一一赘述。

如图2所示，所述加法模块12连接于所述PWM信号检测模块11的输出端，对所述第一电压V_Toff及所述第二电压V_Ton求和得到第三电压Vo1。

具体地，在本实施例中，所述第三电压Vo1满足如下关系式：

其中，V_o1为所述第三电压；V_Toff为所述第一电压；V_Ton为所述第二电压；T_PWM为所述PWM信号的周期；T_{H_CLK}为所述采样时钟信号High CLK的周期；

为所述第一数模转换单元113的输出电压精度；Vref为所述第一数模转换单元113的最高输出基准电压，DAC为所述第一数模转换单元113的位数。

如图2所示，所述开关信号产生模块13连接于所述加法模块12的输出端，基于所述第三电压Vo1产生开关信号，其中，所述开关信号的频率大于所述PWM信号的频率。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述开关信号产生模块13包括电流源I1、第三电容C3、比较单元131及第七开关Q3。所述电流源I1的一端连接电源电压VDD，另一端连接所述第三电容C3的上极板；所述第三电容C3的下极板接地；所述比较单元131的输入端分别连接所述第三电容C3的上极板及所述加法模块12的输出端，输出端连接所述第七开关Q3的控制端；所述第七开关Q3并联于所述第三电容C3的两端，当所述第三电容C3上极板的电压达到所述第三电压Vo1时导通所述第七开关Q3。作为示例，所述比较单元131的正相输入端连接所述第三电容C3的上极板，反相输入端连接所述第三电压Vo1；所述第七开关Q3采用NMOS实现；在实际使用中，所述比较单元131的输入端极性与对应输入信号的关系可互换，所述第七开关Q3的类型可根据实际逻辑需要进行选择，不以本实施例为限。

具体地，所述电流源I1对所述第三电容C3进行充电，满足I1*t_new＝C3*Vo1，当所述第三电容C3充电到所述第三电压Vo1后所述比较单元131输出高电平开通所述第七开关Q3，将所述第三电容C3放电从而开始一个新的周期。其中，所述开关信号的周期满足：

其中，t_new为所述开关信号的周期，C3为所述第三电容的容值，I1为流经所述电流源的电流；令

则

或者是

即所述开关信号的频率比所述得PWM信号的频率高K1倍(其中，I1，C3，Vref，T_{H_CLK}和2^DAC等参数都是内部固定的，因此K1也是固定的值)。

如图2所示，所述占空比比值产生模块14连接于所述开关信号产生模块13的输出端，在所述PWM信号的上升沿开始对所述开关信号进行计数，在所述PWM信号的下降沿结束计数，并得到所述PWM信号的占空比比值Duty out。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述占空比比值产生模块14包括第二计数单元141及锁存器142。所述第二计数单元141的时钟端CLK连接所述开关信号产生模块13的输出端，复位端Reset连接所述PWM信号的上升沿触发信号rising edge；所述锁存器142的输入端连接所述第二计数单元141的输出端，控制端连接所述PWM信号的下降沿触发信号falling edge，输出所述PWM信号的占空比比值Duty out。所述PWM信号的占空比满足

其中，K1为所述开关信号的频率高于所述PWM信号的频率的倍数；K2为所述开关信号对所述PWM信号的高电平计数的结果。

具体地，如果设置合适的参数(I1，C3，Vref，T_{H_CLK}和2^DAC等参数)，使得K1＝100，那么所述第二计数单元141的计数个数K2经锁存器142输出的信号Duty out就可以直接作为占空比的读数。

如图2所示，所述输出电压产生模块15连接于所述占空比比值产生模块14的输出端，基于所述PWM信号的占空比比值Duty out得到与所述PWM信号的占空比相关的输出电压Out。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述输出电压产生模块15包括第二数模转换单元151及分压单元152；所述第二数模转换单元151接收所述PWM信号的占空比比值Dutyout，将所述PWM信号的占空比比值Duty out转换为模拟信号；所述分压单元152连接于所述第二数模转换单元151的输出端，将所述第二数模转换单元151输出的模拟信号分压得到所述输出电压Out。需要说明的是，所述分压单元152用于调整输出电压与所述PWM信号的比例关系，在实际应用中，所述分压单元152可以省略，不以本实施例为限。

具体地，在所述第二计数单元141的计数值为K1时，所述第二数模转换单元151对应输出的电压值记为预设值Ref；经过分压得到所述输出电压Out，如果设定

(为了方便计算，此时K1＝100，R1＝0，所述第一数模转换单元113与所述第二数模转换单元151的最高输出基准电压相等)，则所述输出电压Out＝Ref*Duty，因此可以稳定输出与PWM信号占空比相关的参考电压值。同理，K1>100时100/K1＝R2/(R1+R2)，同样可得到与PWM信号占空比相关的参考电压值，在此不一一赘述。

实施例二

如图4所示，本实施例提供一种PWM信号转换方法，作为示例，所述PWM信号转换方法采用实施例一的PWM信号转换电路实现，在实际使用中，任意能实现本方法的硬件电路或软件代码均适用。所述PWM信号转换方法包括：

S1：获取PWM信号，检测所述PWM信号的低电平时间并得到对应的第一电压V_Toff，检测所述PWM信号的高电平时间并得到对应的第二电压V_Ton。

具体地，首先，基于采样时钟信号High CLK(内部高频时钟)对所述PWM信号的上升沿及下降沿的总和进行计数，并将计数结果转换为模拟信号。然后，基于所述计数结果的模拟信号及所述PWM信号的上升沿触发信号、下降沿触发信号、高电平检测信号、低电平检测信号产生所述第一电压及所述第二电压；如图3所示，所述PWM信号跳变为低电平，下降沿触发信号及低电平检测信号有效，上升沿触发信号及高电平检测信号无效，此时，所述第二开关S2、所述第三开关S3及所述第五开关Q1闭合，所述第一开关S1、所述第四开关S4及所述第六开关Q2断开，所述第一数模转换单元113的输出信号给所述第二电容C2充电并得到所述第一电压V_Toff；所述PWM信号跳变为高电平，下降沿触发信号及低电平检测信号无效，上升沿触发信号及高电平检测信号有效，此时，所述第二开关S2、所述第三开关S3及所述第五开关Q1断开，所述第一开关S1、所述第四开关S4及所述第六开关Q2闭合，所述第一数模转换单元113的输出信号给所述第一电容C1充电并得到所述第二电压V_Ton。所述第一电压V_Toff的电压值能体现所述PWM信号的低电平时间，所述第二电压V_Ton的电压值能体现所述PWM信号的高电平时间。

需要说明的是，任意能检测所述PWM信号低电平时间及高电平时间的方法均适于本发明，不以本实施例为限。

S2：将所述第一电压V_Toff与所述第二电压V_Ton求和得到第三电压Vo1。

S3：基于所述第三电压Vo1产生开关信号，所述开关信号的频率比所述PWM信号的频率高固定倍数K1。

具体地，如图2所示，所述电流源I1对所述第三电容C3充电，此时，所述比较单元131输出低电平，所述第七开关Q3断开，随着充电的进行所述第三电容C3上的电压越来越大，当所述第三电容C3上的电压达到所述第三电压Vo1时，所述比较单元131跳变为高电平，所述第七开关Q3导通，所述第三电容C3开始放电，当所述第三电容C3上的电压低于所述第三电压Vo1时所述比较单元131重新跳变为高电平，如此循环得到所述开关信号。

具体地，在本实施例中，

其中，I1，C3，Vref，T_{H_CLK}和2^DAC等参数都是内部固定的，因此K1也是固定的值，可根据实际需要设定。

需要说明的是，任意能基于所述第三电压Vo1获得比所述PWM信号频率高固定倍数的方法均适用于本发明，在此不一一赘述。

S4：基于所述开关信号对所述PWM信号的高电平进行计数，并产生所述PWM信号的占空比比值Duty out。

具体地，如图2所示，在所述PWM信号的上升沿开始对所述开关信号进行计数，在所述PWM信号的下降沿结束计数，由此可得到所述开关信号对所述PWM信号的高电平的计数值K2，总计数长度为K1，则PWM信号的占空比

作为示例，将K1设定为100，则所述PWM信号的占空比比值Duty out就可以直接作为占空比的读数。

S5：基于所述PWM信号的占空比比值Duty out得到与所述PWM信号的占空比相关的输出电压Out。

具体地，对所述PWM信号的占空比比值Duty out进行数模转换，得到与所述PWM信号的占空比相关的电压；进一步可通过分压对模数转换后的电压作进一步的调整，以得到期望的输出电压，满足Out＝Ref*Duty。

实施例三

如图5所示，本实施例提供一种LED调光系统，所述LED调光系统包括：

PWM信号转换电路1及LED驱动电路2。

如图5所示，所述PWM信号转换电路1将调光的PWM信号转换为模拟的输出电压。

具体地，所述PWM信号通过调光端口DIM输入所述PWM信号转换电路1，并得到与所述PWM信号的占空比相关的输出电压。所述输出电压作为一参考信号提供给所述LED驱动电路2。

需要说明的是，所述PWM信号转换电路1的结构及工作原理参见实施例一，在此不一一赘述。

如图5所示，所述LED驱动电路2与所述PWM信号转换电路连接，基于所述PWM信号转换电路1的输出信号驱动LED灯串实现调光控制。

具体地，所述LED驱动电路2将所述PWM信号转换电路1的输出信号作为基准信号，调整驱动信号DIV，进而实现对LED灯串的调光控制。

需要说明的是，任意能以与所述PWM信号的占空比相关的输出电压为基准，实现调光控制的电路结构均适用于本发明的LED驱动电路2，具体结构在此不一一赘述。

本发明通过对外部输入的PWM调光信号高低电平时间的采样与转换，产生一个更高频率的固定倍率的开关信号对PWM信号进行计数，从而得到PWM的占空比信号，并输出相关参考电压；对PWM信号进行占空比计数的频率与PWM本身频率成固定的倍数，因此不管PWM信号频率如何变化，对占空比的计数始终是固定不变的；输入低频的PWM调光信号到模拟调光的转换无需使用大电容，输出信号对输入的PWM信号可以即时响应，并且可以集成在芯片内部简化外围电路。

综上所述，本发明提供一种PWM信号转换电路、方法及LED调光系统，包括：PWM信号检测模块，接收PWM信号，检测所述PWM信号的低电平时间及高电平时间，并输出与所述低电平时间对应的第一电压及与所述高电平时间对应的第二电压；加法模块，连接于所述PWM信号检测模块的输出端，对所述第一电压及所述第二电压求和得到第三电压；开关信号产生模块，连接于所述加法模块的输出端，基于所述第三电压产生开关信号，其中，所述开关信号的频率大于所述PWM信号的频率；占空比比值产生模块，连接于所述开关信号产生模块的输出端，在所述PWM信号的上升沿开始对所述开关信号进行计数，在所述PWM信号的下降沿结束计数，并得到所述PWM信号的占空比比值；输出电压产生模块，连接于所述占空比比值产生模块的输出端，基于所述PWM信号的占空比比值得到与所述PWM信号的占空比相关的输出电压。本发明的PWM信号转换电路、方法及LED调光系统无需使用大电容就可以将低频的PWM信号的占空比比值提取出来，可集成在芯片内部，简化芯片外围电路；PWM信号的占空比比值的提取只需要经过一个PWM信号周期就可以做到，使得输出信号即时跟随PWM信号变化，快速高效；对PWM信号进行占空比计数的频率与PWM本身频率成固定的倍数，因此不管PWM信号频率如何变化，对占空比的计数始终是固定不变的，准确性高。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种PWM信号转换电路，其特征在于，所述PWM信号转换电路至少包括：

PWM信号检测模块，接收PWM信号，检测所述PWM信号的低电平时间及高电平时间，并输出与所述低电平时间对应的第一电压及与所述高电平时间对应的第二电压；

加法模块，连接于所述PWM信号检测模块的输出端，对所述第一电压及所述第二电压求和得到第三电压；

开关信号产生模块，连接于所述加法模块的输出端，基于所述第三电压产生开关信号，其中，所述开关信号的频率大于所述PWM信号的频率；

占空比比值产生模块，连接于所述开关信号产生模块的输出端，在所述PWM信号的上升沿开始对所述开关信号进行计数，在所述PWM信号的下降沿结束计数，并得到所述PWM信号的占空比比值；

输出电压产生模块，连接于所述占空比比值产生模块的输出端，基于所述PWM信号的占空比比值得到与所述PWM信号的占空比相关的输出电压。

2.根据权利要求1所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述PWM信号检测模块包括检测单元、第一计数单元、第一数模转换单元及时间电压转换单元；

所述检测单元接收所述PWM信号，对所述PWM信号的下降沿、上升沿、低电平及高电平进行检测；

所述第一计数单元连接于所述检测单元的输出端，基于采样时钟信号对所述PWM信号的下降沿和上升沿的数量总和进行计数，输出计数结果及溢出位；

所述第一数模转换单元连接于所述第一计数单元的输出端，将所述计数结果转换为模拟信号；

所述时间电压转换单元连接于所述检测单元、所述第一计数单元及所述第一数模转换单元的输出端，基于所述第一数模转换单元的输出信号、所述溢出位及所述PWM信号的检测信号产生所述第一电压及所述第二电压。

3.根据权利要求2所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述第一计数单元包括加法器及计数器；所述加法器连接于所述检测单元的输出端，对所述PWM信号的上升沿触发信号和下降沿触发信号求和；所述计数器的复位端连接所述加法器的输出端，时钟端接收所述采样时钟信号，第一输出端输出所述计数结果，第二输出端输出所述溢出位。

4.根据权利要求2所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述时间电压转换单元包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一电压输出子单元、第二电压输出子单元、第一控制器及第二控制器；

所述第一开关的一端连接所述第一数模转换单元的输出端，另一端连接所述第一电压输出子单元的输入端，控制端连接所述PWM信号的上升沿触发信号；

所述第二开关的一端连接所述第一数模转换单元的输出端，另一端连接所述第一二极管的阳极，控制端连接所述PWM信号的低电平检测信号；所述第一二极管的阴极连接所述第一电压输出子单元的输入端；

所述第三开关的一端连接所述第一数模转换单元的输出端，另一端连接所述第二电压输出子单元的输入端，控制端连接所述PWM信号的下降沿触发信号；

所述第四开关的一端连接所述第一数模转换单元的输出端，另一端连接所述第二二极管的阳极，控制端连接所述PWM信号的高电平检测信号；所述第二二极管的阴极连接所述第二电压输出子单元的输入端；

所述第一电容的上极板连接所述第一电压输出子单元的输入端，下极板接地；

所述第二电容的上极板连接所述第二电压输出子单元的输入端，下极板接地；

所述第一控制器连接所述检测单元及所述第一计数单元的输出端，基于所述PWM信号的低电平检测信号及所述溢出位产生所述第五开关的控制信号；所述第五开关并联于所述第一电容的两端，当所述PWM信号为低电平且所述溢出位有效时导通所述第五开关；

所述第二控制器连接所述检测单元及所述第一计数单元的输出端，基于所述PWM信号的高电平检测信号及所述溢出位产生所述第六开关的控制信号；所述第六开关并联于所述第二电容的两端，当所述PWM信号为高电平且所述溢出位有效时导通所述第六开关。

5.根据权利要求4所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述第一控制器及所述第二控制器为与逻辑门，所述第五开关及所述第六开关为NMOS管。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述第三电压满足如下关系式：

其中，V_o1为所述第三电压；V_Toff为所述第一电压；V_Ton为所述第二电压；T_PWM为所述PWM信号的周期；T_{H_CLK}为所述采样时钟信号的周期；

为所述第一数模转换单元的输出电压精度，Vref为所述第一数模转换单元的最高输出基准电压，DAC为所述第一数模转换单元的位数。

7.根据权利要求1所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述开关信号产生模块包括电流源、第三电容、比较单元及第七开关；

所述电流源的一端连接电源电压，另一端连接所述第三电容的上极板；所述第三电容的下极板接地；

所述比较单元的输入端分别连接所述第三电容的上极板及所述加法模块的输出端，输出端连接所述第七开关的控制端；

所述第七开关并联于所述第三电容的两端，当所述第三电容上极板的电压达到所述第三电压时导通所述第七开关。

8.根据权利要求7所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述开关信号的频率满足如下关系式：

其中，F_new为所述开关信号的频率；K1为所述开关信号的频率高于所述PWM信号的频率的倍数，设定为固定值；F_PWM为所述PWM信号的频率；I1为流经所述电流源的电流；C3为所述第三电容的容值；V_o1为所述第三电压的电压值。

9.根据权利要求1所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述占空比比值产生模块包括第二计数单元及锁存器；

所述第二计数单元的时钟端连接所述开关信号产生模块的输出端，复位端连接所述PWM信号的上升沿触发信号；

所述锁存器的输入端连接所述第二计数单元的输出端，控制端连接所述PWM信号的下降沿触发信号，输出所述PWM信号的占空比比值。

10.根据权利要求1所述的PWM信号转换电路，其特征在于：所述输出电压产生模块包括第二数模转换单元及分压单元；所述第二数模转换单元接收所述PWM信号的占空比比值，将所述PWM信号的占空比比值转换为模拟信号；所述分压单元连接于所述第二数模转换单元的输出端，将所述第二数模转换单元的输出信号分压得到所述输出电压。

11.一种PWM信号转换方法，其特征在于，所述PWM信号转换方法至少包括：

获取PWM信号，检测所述PWM信号的低电平时间并得到对应的第一电压，检测所述PWM信号的高电平时间并得到对应的第二电压；

将所述第一电压与所述第二电压求和得到第三电压；

基于所述第三电压产生开关信号，所述开关信号的频率比所述PWM信号的频率高固定倍数；

基于所述开关信号对所述PWM信号的高电平进行计数，并产生所述PWM信号的占空比比值；

基于所述PWM信号的占空比比值得到与所述PWM信号的占空比相关的输出电压。

12.根据权利要求11所述的PWM信号转换方法，其特征在于：所述PWM信号转换方法包括对所述PWM信号的上升沿及下降沿的总和进行计数，并将计数结果转换为模拟信号；基于所述计数结果的模拟信号及所述PWM信号的上升沿触发信号、下降沿触发信号、高电平检测信号、低电平检测信号产生所述第一电压及所述第二电压。

13.一种LED调光系统，其特征在于，所述LED调光系统至少包括：

如权利要求1-10任意一项所述的PWM信号转换电路，用于将调光的PWM信号转换为模拟的输出电压；

LED驱动电路，与所述PWM信号转换电路连接，基于所述PWM信号转换电路的输出信号驱动LED灯串实现调光控制。

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