CN116456528B - 一种pwm调光控制系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PWM调光控制系统及其方法，包含辅助电压环路控制电路、主电流环路控制电路和DC‑DC逻辑和驱动模块，在PWM on阶段，主电流环路控制电路会将输出电流ILED调制到目标值，同时根据LED电压来决定输出VOUT电压；当PWM off阶段，主电流环路控制电路断开对输出电流ILED的控制，辅助电压环路控制电路工作，辅助电压环路控制电路实时监测输出电压，同时控制输出电压VOUT等于前一个PWM on阶段的输出电压，使得在下一个PWM on阶段，VOUT电压不需要重新建立，这样加快了系统的响应速度。

Description

一种PWM调光控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种控制系统及其方法，特别是一种PWM调光控制系统及其方法，属于半导体驱动技术领域。
背景技术
PWM调光相对于模拟调光由于没有色彩漂移而被业界广泛应用。传统的PWM调光，在PWM off阶段，输出电容的电荷会被LED负载所消耗，导致输出电压大幅度下降。当PWM on时，DC-DC电流环路将VOUT重新调制到LED负载需要的电压需要一定的时间，在这个VOUT建立的阶段，LED负载电流并不是所需要的电流值，这会导致LED的亮度出现变化。在一些需要高调光比的应用中，在PWM on阶段，VOUT重新建立的时间会极大影响LED亮度调节范围。
针对PWM off阶段VOUT电压下降导致的LED系统调光比限制，现有技术通过在VOUT和LED负载之间串联开关解决。如图5所示，在DC-DC的输出端与LED负载端串联开关来阻止PWM off阶段LED负载对输出电容电荷量的消耗。从而消除了传统技术VOUT重新建立的时间，即提高转换器的PWM调光的响应速度，达到高调光比的目的。 然而在一些特殊应用场合，比如高温环境下，串联开关或者连接到VOUT的其他器件会出现漏电，仍会导致在PWM off阶段VOUT电压下降，如图6所示。
综上所述，需要设计一种全新的PWM控制系统来解决现有技术中PWM调光的响应速度的较慢的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种PWM调光控制系统及其方法，解决现有技术中PWM调光的响应速度较慢的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种PWM调光控制系统，其特征在于：包含辅助电压环路控制电路、主电流环路控制电路和DC-DC逻辑和驱动模块，辅助电压环路控制电路和主电流环路控制电路的一个输入端分别输入PWM信号，辅助电压环路控制电路的输出端和主电流环路控制电路的输出端分别与DC-DC逻辑和驱动模块的两个输入端连接，DC-DC逻辑和驱动模块的输出端输出VOUT信号并且与辅助电压环路控制电路和主电流环路控制电路的另一个输入端连接。
进一步地，所述DC-DC逻辑和驱动模块的输出端连接输出电容COUT的一端和负载LED，输出电容COUT的另一端接地。
进一步地，所述DC-DC逻辑和驱动模块与负载LED串联回路上设置有串联开关S。
进一步地，所述辅助电压环路控制电路包含第一采样保持电路、误差放大器A1和补偿电容C1，第一采样保持电路的第一输入端输入PWM信号，第一采样保持电路的第二输入端连接DC-DC逻辑和驱动模块的输出端，第一采样保持电路的输出端与误差放大器A1的同向输入端连接，误差放大器A1的反向输入端输入VOUT信号，误差放大器A1的输出端输出COMP1信号并与补偿电容C1的一端和DC-DC逻辑和驱动模块的一个输入端连接，补偿电容C1的另一端接地。
进一步地，所述主电流环路控制电路包含第二采样保持电路、误差放大器A2、电阻R和补偿电容C2，第二采样保持电路的第一输入端输入PWM信号，第二采样保持电路的第二输入端连接DC-DC逻辑和驱动模块的输出端，第二采样保持电路的输出端与误差放大器A2的反向输入端连接，误差放大器A2的同向输入端输入VREF信号，误差放大器A2的输出端输出COMP2信号并与电阻R一端和DC-DC逻辑和驱动模块的另一个输入端连接，电阻R的另一端与补偿电容C2的一端连接，补偿电容C2的另一端接地。
一种PWM调光控制方法，其特征在于包含以下步骤：
S1、PWM on阶段，采样并存储输出电压VOUT-on以及输出电流ILED-on；
S2、，通过主电流环路控制电路调制输出电流ILED到目标值，同时电压环路不对输出电压控制；
S3、PWM off时，利用在PWM on阶段存储的输出电压VOUT-on作为基准电压，再通过辅助电压环路控制电路将输出电压VOUT调节到VOUT-on值，同时主电流环路控制电路不对输出电流ILED控制，但是主电流环路控制电路的误差放大器A2的静态工作点仍然通过PWM on阶段存储的输出电流ILED-on来保持；
S4、PWM off往PWM on切换时，输出电压VOUT保持不变，同时主电流环路控制电路迅速建立。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明的PWM调光控制系统及其方法，在PWM on阶段，主电流环路控制电路会将输出电流ILED调制到目标值，同时根据LED电压来决定输出VOUT电压；当PWM off 阶段，主电流环路控制电路断开对输出电流ILED的控制，辅助电压环路控制电路工作，辅助电压环路控制电路实时监测输出电压，同时控制输出电压VOUT等于前一个PWM on阶段的输出电压，使得在下一个PWM on阶段，VOUT电压不需要重新建立，这样加快了系统的响应速度。
附图说明
图1是本发明的一种PWM调光控制系统的示意图。
图2是本发明的一种PWM调光控制系统的波形示意图。
图3是本发明的一种PWM调光控制系统的实施例的电路原理图。
图4是本发明的一种PWM调光控制方法的流程图。
图5是现有技术的PWM调光系统的示意图。
图6是现有技术的PWM调光系统的波形示意图。
具体实施方式
为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，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晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的一种PWM调光控制系统，包含辅助电压环路控制电路、主电流环路控制电路和DC-DC逻辑和驱动模块，辅助电压环路控制电路和主电流环路控制电路的一个输入端分别输入PWM信号，辅助电压环路控制电路的输出端和主电流环路控制电路的输出端分别与DC-DC逻辑和驱动模块的两个输入端连接，DC-DC逻辑和驱动模块的输出端输出VOUT信号并且与辅助电压环路控制电路和主电流环路控制电路的另一个输入端连接。
DC-DC逻辑和驱动模块的输出端连接输出电容COUT的一端和负载LED，输出电容COUT的另一端接地。DC-DC逻辑和驱动模块与负载LED串联回路上设置有串联开关S 。在本实施例中，DC-DC逻辑和驱动模块的输出端与负载LED 之间设置有串联开关S，串联开关S的一端与DC-DC逻辑和驱动模块的输出端连接，串联开关S的另一端连接负载LED。当然，串联开关S也可以设置在负载LED另一端，此时串联开关S的一端与负载LED另一端连接，串联开关S另一端接地。
如图2所示，PWM on阶段，主电流环路控制电路会将输出电流调制到目标值，同时根据LED电压来决定输出VOUT电压。 当PWM off 阶段，主电流环路控制电路断开对输出电流ILED的控制，辅助电压环路控制电路工作。辅助电压环路控制电路实时监测输出电压，同时控制输出电压VOUT等于前一个PWM on阶段的输出电压，使得在下一个PWM on阶段，VOUT电压不需要重新建立，这样加快了系统的响应速度。
如图3所示，辅助电压环路控制电路包含第一采样保持电路、误差放大器A1和补偿电容C1，第一采样保持电路的第一输入端输入PWM信号，第一采样保持电路的第二输入端连接DC-DC逻辑和驱动模块的输出端，第一采样保持电路的输出端与误差放大器A1的同向输入端连接，误差放大器A1的反向输入端输入VOUT信号，误差放大器A1的输出端输出COMP1信号并与补偿电容C1的一端和DC-DC逻辑和驱动模块的一个输入端连接，补偿电容C1的另一端接地。由于在PWM off阶段，辅助电压环路控制电路无需快速的动态响应，所以环路补偿可以采用一型补偿，即只需要补偿电容C1即可，无需串联电阻。第一采样保持电路记录PWMon时刻的输出电压VOUT_ON，将其作为在PWM off阶段辅助电压环路控制电路的参考值。
主电流环路控制电路包含第二采样保持电路、误差放大器A2、电阻R和补偿电容C2，第二采样保持电路的第一输入端输入PWM信号，第二采样保持电路的第二输入端连接DC-DC逻辑和驱动模块的输出端，第二采样保持电路的输出端与误差放大器A2的反向输入端连接，误差放大器A2的同向输入端输入VREF信号，误差放大器A2的输出端输出COMP2信号并与电阻R一端和DC-DC逻辑和驱动模块的另一个输入端连接，电阻R的另一端与补偿电容C2的一端连接，补偿电容C2的另一端接地。第二采样保持电路在PWM on阶段对输出电流进行采样，当 PWM off阶段，使得误差放大器A2的工作状态仍然维持在和PWM on阶段的相似的工作状态，即静态工作点相似。这样会使得在PWM off结束往PWM on 切换时，主电流环路可以迅速建立，进一步减小了PWM on 阶段输出电流ILED的建立时间，从而加快了整个系统的响应速度。
本实施例中，第一采样保持电路和第二采样保持电路均采用现有技术中常规的采样保持电路，DC-DC逻辑和驱动模块也采用现有技术的常规DC-DC逻辑和驱动模块，故对其具体的电路结构不再赘述。
如图4所示，一种PWM调光控制方法，包含以下步骤：
S1、PWM on阶段，采样并存储输出电压VOUT-on以及输出电流ILED-on。
S2、，通过主电流环路控制电路调制输出电流ILED到目标值，同时电压环路不对输出电压控制。
S3、PWM off时，利用在PWM on阶段存储的输出电压VOUT-on作为基准电压，再通过辅助电压环路控制电路将输出电压VOUT调节到VOUT-on值，同时主电流环路控制电路不对输出电流ILED控制，但是主电流环路控制电路的误差放大器A2的静态工作点仍然通过PWM on阶段存储的输出电流ILED-on来保持。
S4、PWM off往PWM on切换时，输出电压VOUT保持不变，同时主电流环路控制电路迅速建立，二者共同作用下减小了PWM on阶段输出电流ILED的建立时间，从而加快了整个系统的响应速度。
本发明的PWM调光控制系统及其方法，在PWM on阶段，主电流环路控制电路会将输出电流ILED调制到目标值，同时根据LED电压来决定输出VOUT电压；当PWM off 阶段，主电流环路控制电路断开对输出电流ILED的控制，辅助电压环路控制电路工作，辅助电压环路控制电路实时监测输出电压，同时控制输出电压VOUT等于前一个PWM on阶段的输出电压，使得在下一个PWM on阶段，VOUT电压不需要重新建立，这样加快了系统的响应速度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种PWM调光控制系统，其特征在于：包含辅助电压环路控制电路、主电流环路控制电路和DC-DC逻辑和驱动模块，辅助电压环路控制电路和主电流环路控制电路的一个输入端分别输入PWM信号，辅助电压环路控制电路的输出端和主电流环路控制电路的输出端分别与DC-DC逻辑和驱动模块的两个输入端连接，DC-DC逻辑和驱动模块的输出端输出VOUT信号并且与辅助电压环路控制电路和主电流环路控制电路的另一个输入端连接；所述辅助电压环路控制电路包含第一采样保持电路、误差放大器A1和补偿电容C1，第一采样保持电路的第一输入端输入PWM信号，第一采样保持电路的第二输入端连接DC-DC逻辑和驱动模块的输出端，第一采样保持电路的输出端与误差放大器A1的同向输入端连接，误差放大器A1的反向输入端输入VOUT信号，误差放大器A1的输出端输出COMP1信号并与补偿电容C1的一端和DC-DC逻辑和驱动模块的一个输入端连接，补偿电容C1的另一端接地；所述主电流环路控制电路包含第二采样保持电路、误差放大器A2、电阻R和补偿电容C2，第二采样保持电路的第一输入端输入PWM信号，第二采样保持电路的第二输入端连接DC-DC逻辑和驱动模块的输出端，第二采样保持电路的输出端与误差放大器A2的反向输入端连接，误差放大器A2的同向输入端输入VREF信号，误差放大器A2的输出端输出COMP2信号并与电阻R一端和DC-DC逻辑和驱动模块的另一个输入端连接，电阻R的另一端与补偿电容C2的一端连接，补偿电容C2的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种PWM调光控制系统，其特征在于：所述DC-DC逻辑和驱动模块的输出端连接输出电容COUT的一端和负载LED，输出电容COUT的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的一种PWM调光控制系统，其特征在于：所述DC-DC逻辑和驱动模块与负载LED串联回路上设置有串联开关S。
4.一种权利要求1-3任一项所述的PWM调光控制系统的PWM调光控制方法，其特征在于包含以下步骤：
S1、PWM on阶段，采样并存储输出电压VOUT-on以及输出电流ILED-on；
S2、通过主电流环路控制电路调制输出电流ILED到目标值，同时辅助电压环路控制电路不对输出电压控制；
S3、PWM off时，利用在PWM on阶段存储的输出电压VOUT-on作为基准电压，再通过辅助电压环路控制电路将输出电压VOUT调节到VOUT-on值，同时主电流环路控制电路不对输出电流ILED控制，但是主电流环路控制电路的误差放大器A2的静态工作点仍然通过PWM on阶段存储的输出电流ILED-on来保持；
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