CN207884929U - 用于led照明的色彩偏差消除电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于LED照明的色彩偏差消除电路，包括基准电压生成器、误差放大器、锯齿波发生器、PWM比较器、第一补偿电路、场效应管、处理器；场效应管的漏极电连接一稳压电源，源极电连接一LED发光单元；PWM比较器用以比较误差电压信号和三角波信号，生成第一方波信号；第一补偿电路用以产生与第一方波信号同频的具有设定占空比的第二方波信号，通过一逻辑与或者逻辑或电路连接至PWM比较器的输出端，调制生成第三方波信号，控制场效应管的通断，以实现对LED灯的亮度调节。本实用新型采用PWM补偿的方式解决RGB三色LED亮度不均现象，此方式不需要额外的补偿电阻，节省元器件成本以及pcb成本，减少了消耗在补偿电阻上的功耗，使得整体功耗下降明显。

Description

用于LED照明的色彩偏差消除电路

技术领域

本实用新型涉及LED照明领域，具体而言涉及一种用于LED照明的色彩偏差消除电路。

背景技术

目前RGB彩色LED应用中，由于RGB三色LED阈值电压存在明显差异，所以在同等电压驱动下会存在亮度不均现象，例如R色LED会明显偏亮，导致有R色混色时明显偏红。

结合图1，目前常用的解决方案是在不同色彩的LED上串联阻值各异的电阻来补偿阈值电压偏差，防止混色。此方案存在增加成本(包括电阻和pcb面积)，增加功耗等弱点。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于LED照明的色彩偏差消除电路，能够在集成电路内部采用PWM补偿的方式解决RGB三色LED亮度不均现象，并且实现LED发光亮度的微调，拓宽基础PWM补偿方案的补偿范围，此方式不需要额外的补偿电阻，节省元器件成本以及pcb成本，另外减少了消耗在补偿电阻上的功耗，可使得整体功耗下降明显。

为达成上述目的，本实用新型提及一种用于LED照明的色彩偏差消除电路，每个LED照明均包括三个LED发光单元，在同一个输出电压信号的驱动下以分别实现RGB三色发光，其特征在于，所述色彩偏差消除电路串联在输出电压信号和LED发光单元之间，包括基准电压生成器、误差放大器、锯齿波发生器、PWM比较器、第一补偿电路、场效应管；

所述场效应管的漏极电连接一稳压电源，源极电连接一LED发光单元；

所述基准电压生成器用以生成一基准电压信号；

所述误差放大器包括一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电连接至基准电压生成器的输出端，第二输入端电连接至输出电压，输出端生成的电压信号被定义成误差电压信号；

所述锯齿波发生器用以生成一三角波信号；

所述PWM比较器包括两个输入端和一个输出端，其中，两个输入端分别电连接至锯齿波发生器的输出端、误差放大器的输出端，用以比较误差电压信号和三角波信号，生成第一方波信号，将生成的第一方波信号传输至PWM比较器的输出端；

所述第一补偿电路包括一相互电连接的PWM屏蔽电路和一寄存器，PWM屏蔽电路用以产生与第一方波信号同频的具有设定占空比的第二方波信号；

所述第一补偿电路的输出端通过一逻辑与或者逻辑或电路连接至PWM比较器的输出端，用以调制生成第三方波信号，第三方波信号被传输至场效应管的栅极，用以控制场效应管的通断，以实现对LED灯的亮度调节。

由以上本实用新型的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，能够在集成电路内部采用PWM补偿的方式解决RGB三色LED亮度不均现象，此方式不需要额外的补偿电阻，节省元器件成本以及pcb成本，另外减少了消耗在补偿电阻上的功耗，可使得整体功耗下降明显。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是常规的串联电阻方案的结构示意图。

图2是常规RGB彩色LED电路基本连接示意图。

图3是常规PWM补偿方案的结构示意图。

图4是增加第一补偿电路后的PWM补偿方案的结构示意图。

图5是增加第二补偿电路后的PWM补偿方案的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

本实用新型涉及的LED照明具有以下特点：

每个LED照明均包括三个LED发光单元，在同一个输出电压信号的驱动下以分别实现RGB三色发光，最终实现白色发光。

如前所述，由于RGB三色LED发光单元的阈值电压存在明显差异，所以在同等电压驱动下会存在亮度不均现象。

结合图2-图3，现有的PWM补偿方案是采用具有设定占空比的方波信号，用该方波信号去控制LED发光单元的发光时长，从而调节LED发光单元的亮度。

目前方波信号是通过一PWM比较器来实现的，生成一方波信号，通过不同占空比的方波信号以控制LED发光单元具有不同的发光时长，进而控制LED发光单元的亮度。例如90％的占空比对应LED发光单元最高显示亮度的90％，10％的占空比对应LED发光单元最高显示亮度的10％。

前述方波信号的占空比通过一寄存器来调节，但该方案存在以下问题：

方波信号的占空比调整方式精度低，难以实现LED发光单元亮度的微调。

本实用新型在现有PWM补偿方案上引入新的补偿电路，构成一新的色彩偏差消除电路，以实现方波信号占空比的微调，进而实现对LED发光单元亮度的精确控制。

结合图4，所述色彩偏差消除电路串联在输出电压信号和LED发光单元之间，包括基准电压生成器、误差放大器、锯齿波发生器、PWM比较器、第一补偿电路、场效应管、处理器。

所述场效应管的漏极电连接一稳压电源，源极电连接一LED发光单元。

所述基准电压生成器用以生成一基准电压信号。

进一步的，所述基准电压信号为一稳定电压信号。

例如，基准电压生成器包括采用Bandgap原理生成的电压源。

所述误差放大器包括一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电连接至基准电压生成器的输出端，第二输入端电连接至输出电压，输出端生成的电压信号被定义成误差电压信号。

为每个LED发光单元设置一基准电压，该基准电压与所属LED发光单元的阈值电压相关，输出电压与基准电压经误差放大器生成误差电压信号，误差电压信号与该LED发光单元应当调整的误差亮度成比例关系。

在获取应当调整的误差电压信号之后，下一步是将该误差电压信号转换成可以用于调节LED发光单元的具有特定占空比的方波信号，本实用新型通过一锯齿波发生器来实现。

所述锯齿波发生器用以生成一三角波信号。

所述PWM比较器包括两个输入端和一个输出端，其中，两个输入端分别电连接至锯齿波发生器的输出端、误差放大器的输出端，用以比较误差电压信号和三角波信号，生成第一方波信号，将生成的第一方波信号传输至PWM比较器的输出端。

至此，已经实现了最基本的PWM补偿方案，但该方案的调节精度不高，无法实现LED发光单元亮度的微调，为此，结合图5，本实用新型提出增加第一补偿电路，做进一步的PWM补偿。

所述第一补偿电路包括一相互电连接的PWM屏蔽电路和一寄存器，PWM屏蔽电路用以产生与第一方波信号同频的具有设定占空比的第二方波信号。

所述处理器电连接至第一补偿电路，通过调整寄存器的配置以实现对第二方波信号占空比的调制。

所述第一补偿电路的输出端通过一逻辑与或者逻辑或电路连接至PWM比较器的输出端，用以调制生成第三方波信号，第三方波信号被传输至场效应管的栅极，用以控制场效应管的通断，以实现对LED灯的亮度调节。

相对于原PWM补偿方案来说，增加了的第一补偿电路能够对第一方波信号进行补偿，例如在原固定的原占空比上减掉2％，以实现对LED发光单元亮度的微调。

当RGB三组LED发光单元亮度不统一时，可以使用该方案将有差异的一组发光单元进行额外的补偿。

所述LED发光单元连接有一照度计，照度计与处理器电连接，用以分别探测同一个LED照明中的三个LED发光单元的亮度，并且将探测结果发送至处理器；

所述处理器响应于其中任意一个LED发光单元的亮度不符合设定亮度值，调整该LED发光单元对应的寄存器。

照度计用以探测RGB三组LED发光单元的亮度，当发现其中一组LED发光单元的亮度与设定的亮度值不符合时，处理器通过计算获取亮度误差，并经预先设定的程序调整该LED发光单元对应的寄存器，生成一第二方波信号，调整该组LED发光单元的亮度，以此来实现自动调光。

当亮度误差较大时，可以先调节PWM比较器对应的寄存器实现大幅度的调整，再调节PWM屏蔽电路对应的寄存器实现小幅度的微调。

当亮度误差较小时，可以直接调节PWM屏蔽电路对应的寄存器以实现微调。

除了实现亮度的微调之外，第一补偿电路还可以进一步拓宽原PWM补偿方案的补偿范围，例如，在原固定的原占空比上增加10％，以实现对LED发光单元亮度的进一步的增强。

在另一些例子中，所述色彩偏差消除电路还具有一第二补偿电路，用以实现对基础PWM补偿方案的进一步补偿。

所述第二补偿电路包括一误差电压调制电路，其输出端电连接至误差放大器的输出端，第二补偿电路用以调制误差电压信号，以改变第一方波信号的占空比。

所述色彩偏差消除电路还具有一第三补偿电路。

所述第三补偿电路为一动态电压信号生成器，其输出端电连接至误差放大器的第一输入端。

所述色彩偏差消除电路还具有一第四补偿电路。

所述第四补偿电路的输出端电连接至误差放大器的第二输入端，通过在输出电压端增减偏差电压以改变第一方波信号的占空比。

第二补偿电路、第三补偿电路、第四补偿电路是在模拟部分的误差电压处引入补偿机制，具体的，在误差电压、基准电压、输出电压的其中一个或者多个处增加补偿电压，该方式相对于第一补偿电路而言具有更好的弹性，可以任意调整第一方波信号原有占空比的百分比，例如由原来的60％的占空比调整为60％*95％＝57％，这种方式在低亮度条件下效果更好，不易产生饱和现象。

第一补偿电路、第二补偿电路、第三补偿电路、第四补偿电路可以同时存在，也可以只存在其中一个或者几个，设置多种补偿电路的目的均是为了实现对LED发光单元亮度的微调，或者说对原始PWM补偿方案做进一步补偿，可以根据实际需求任意选用。

从而，本实用新型提及一种用于LED照明的色彩偏差消除电路，能够在集成电路内部采用PWM补偿的方式解决RGB三色LED亮度不均现象，此方式不需要额外的补偿电阻，节省元器件成本以及pcb成本，另外减少了消耗在补偿电阻上的功耗，可使得整体功耗下降明显。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种用于LED照明的色彩偏差消除电路，每个LED照明均包括三个LED发光单元，在同一个输出电压信号的驱动下以分别实现RGB三色发光，其特征在于，所述色彩偏差消除电路串联在输出电压信号和LED发光单元之间，包括基准电压生成器、误差放大器、锯齿波发生器、PWM比较器、第一补偿电路、场效应管；

所述场效应管的漏极电连接一稳压电源，源极电连接一LED发光单元；

所述基准电压生成器用以生成一基准电压信号；

所述误差放大器包括一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电连接至基准电压生成器的输出端，第二输入端电连接至输出电压，输出端生成的电压信号被定义成误差电压信号；

所述锯齿波发生器用以生成一三角波信号；

所述PWM比较器包括两个输入端和一个输出端，其中，两个输入端分别电连接至锯齿波发生器的输出端、误差放大器的输出端，用以比较误差电压信号和三角波信号，生成第一方波信号，将生成的第一方波信号传输至PWM比较器的输出端；

所述第一补偿电路包括一相互电连接的PWM屏蔽电路和一寄存器，PWM屏蔽电路用以产生与第一方波信号同频的具有设定占空比的第二方波信号；

所述第一补偿电路的输出端通过一逻辑与或者逻辑或电路连接至PWM比较器的输出端，用以调制生成第三方波信号，第三方波信号被传输至场效应管的栅极，用以控制场效应管的通断，以实现对LED灯的亮度调节。

2.根据权利要求1所述的用于LED照明的色彩偏差消除电路，其特征在于，所述LED发光单元连接有一照度计，用以分别探测同一个LED照明中的三个LED发光单元的亮度。

3.根据权利要求1所述的用于LED照明的色彩偏差消除电路，其特征在于，所述基准电压信号为一稳定电压信号。

4.根据权利要求3所述的用于LED照明的色彩偏差消除电路，其特征在于，所述基准电压生成器包括采用Bandgap原理生成的电压源。

5.根据权利要求1所述的用于LED照明的色彩偏差消除电路，其特征在于，所述色彩偏差消除电路还具有一第二补偿电路；

所述第二补偿电路包括一误差电压调制电路，其输出端电连接至误差放大器的输出端，第二补偿电路用以调制误差电压信号，以改变第一方波信号的占空比。

6.根据权利要求1所述的用于LED照明的色彩偏差消除电路，其特征在于，所述色彩偏差消除电路还具有一第三补偿电路；

所述第三补偿电路为一动态电压信号生成器，其输出端电连接至误差放大器的第一输入端。

7.根据权利要求1所述的用于LED照明的色彩偏差消除电路，其特征在于，所述色彩偏差消除电路还具有一第四补偿电路；

所述第四补偿电路的输出端电连接至误差放大器的第二输入端，通过在输出电压端增减偏差电压以改变第一方波信号的占空比。