CN209676537U - 脉宽调制电路 - Google Patents

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Abstract

一种脉宽调制(PWM)电路，包括用于将电路元件与电流源反复地耦合和去耦的开关、被配置为检测流过电路元件的电流的反馈电路以及被配置为向开关提供数字信号并响应于检测到的电流调整数字信号的PWM发生器。

Description

脉宽调制电路
技术领域
本公开涉及脉宽调制(PWM)电路。具体地，本公开涉及一种用于补偿导致在目标电流波形和通过电路元件的实际电流波形之间的不匹配的不想要的电路效应的PWM电路。具体地，本公开可应用于发光二极管(LED)背光照明(backlighting)应用中的PWM调光。
背景技术
脉宽调制(PWM)调光方法已经广泛用于发光二极管(LED)背光照明应用中。图1a是适用于LED背光照明应用的LED电路100的示意图。LED电路100包括电流源102、调光晶体管104和LED串106，其中LED串106包括三个LED 108。LED串106具有耦合到提供LED电压Vled的DC-DC转换器110的第一端子，并且具有耦合到调光晶体管104的第一端子的第二端子。调光晶体管104的第二端子耦合到电流源102。
在操作中，调光晶体管104在其栅极处接收PWM信号PWM-sig。PWM信号PWM-sig是在高状态和低状态之间反复切换的数字信号。当在其栅极处接收到高状态时，调光晶体管104将LED串106耦合到电流源102，并且LED串106“接通”并点亮。当在其栅极处接收到低状态时，调光晶体管104将LED串106与电流源102去耦，并且LED串106被“断开”，并且LED串106没有被点亮。
使用PWM信号PWM-sig以足够高的频率反复启用和禁用调光晶体管104可以提供对由LED串106提供的光调光的表现。LED串106可以通过降低PWM信号PWM-sig的占空比来调暗，其中以为一的占空比来提供LED串106的最大水平的照明。
图1b是对应于LED电路100的LED电路112的示意图，但是示出了电流源102的具体实现。电流源102包括电流调节器114，其包括运算放大器116、调节器晶体管118和整定电阻器(setting resistor)120。运算放大器116耦合到参考电压Vref。LED电路100和LED电路112之间的共同特征由共同参考数字和共同变量表示。节点Ns耦合到运算放大器116的输入端、调节器晶体管118的端子和整定电阻器120。
图2示出了与LED电路112相关的仿真结果。仿真使用代表LED电路112的实际实现的参数来执行。图2中示出的是PWM波形200、电压波形202和电流波形203。PWM波形200具有在时间t1处的上升沿204且具有在时间t2处的下降沿206。
PWM波形200示出了在调光晶体管104的栅极处接收的随着时间变化的PWM信号PWM-sig。电压波形202示出了随着时间变化的、在节点Ns处的节点电压Vs。电流波形203示出了随时间变化的电流Iled。流过LED串106的电流Iled由等式(1)给出，如下所示：
其中，Rs是整定电阻器120的电阻。
因此，电压波形202具有与电流波形203相同的轮廓。电流波形203示出了在PWM信号PWM-sig反复地耦合和去耦电流源102和LED串106时，流过LED串106的电流Iled。这里的术语“轮廓”用于描述波形的形状。
在图2中可以观察到，PWM波形200和电流波形203的轮廓不匹配。
PWM波形200和电流波形203的形状之间的不匹配是LED电路112的不希望属性(诸如寄生电阻和寄生电容)的结果。
当比较PWM波形200和电流波形203的轮廓时，考虑以下因素：接通延迟、断开延迟、上升时间和下降时间。
具有相同轮廓的两个波形在它们之间将没有接通延迟或断开延迟，并将具有相等的上升时间和相等的下降时间。
接通延迟可以被定义为从PWM上升沿204开始直到电流Iled达到其峰值的一半所花费的时间。电流Iled的峰值在图2中由参考数字208表示。断开延迟可以被定义为从PWM下降沿206开始直到电流Iled达到其峰值的一半所花费的时间。上升时间可以定义为对于电流Iled从其峰值的10％增加到其峰值的90％所花费的时间。下降时间可以定义为对于电流Iled从其峰值的90％下降到其峰值的10％所花费的时间。由于电流Iled通过等式(1)与节点电压Vs相关，因此当节点电压Vs处于其峰值时电流Iled处于其峰值。电流波形203的脉冲宽度210可以被定义为从电流Iled随着电流Iled上升而处于其峰值的一半时，直到其随着电流Iled下降而返回到其峰值的一半的时间段。将认识到，接通延迟、断开延迟、上升时间、下降时间和脉冲宽度可以根据技术人员的理解而以其他方式进行定义。例如，接通延迟可以可选地被定义为从PWM上升沿204开始直到电流Iled达到其峰值的四分之三所花费的时间。
虽然提供与PWM波形200的轮廓匹配的电流波形203不是必需的，但是对于LED背光照明应用，期望的是具有提供以下一个或更多个属性的电流波形203：一段时间内控制良好且精确的平均电流Iled；控制良好且精确的脉冲宽度210；以及控制良好且精确的定时特性。
然而，这些参数由于LED电路112的不希望的特性(诸如，寄生电容和电阻)通常不能控制良好且精确。
具有上述属性中的一个或更多个属性的高精度电流波形203正在成为例如对于其中期望具有高对比度的TV/监视器和移动应用的背光照明应用中的关键要求。对于低占空比，例如对于1μs的脉冲宽度，尤其如此。
现有技术的方法由于源自寄生电容和电阻的接通/断开延迟和上升/下降时间而不能够生成适当的电流波形，如上所讨论。寄生电容和寄生电阻可由于调光晶体管104而出现。调光晶体管104可以实现为内部或外部MOSFET。另外，上升和下降电流波形203的形状会不利地影响精度。
实用新型内容
期望的是提供一种用于PWM调光应用的PWM电路，其可以提供电流波形，该电流波形提供以下一个或更多个属性：一段时间内控制良好且精确的平均电流；控制良好且精确的脉冲宽度；以及控制良好且精确的定时特性。
根据本公开的第一方面，提供了一种脉宽调制(PWM)电路，包括：用于将电路元件与电流源反复地耦合和去耦的开关、被配置为检测流过电路元件的电流的反馈电路，以及被配置为向开关提供数字信号并响应于所检测到的电流来调整数字信号的PWM发生器。
可选地，电流源被配置为当电流源和电路元件耦合时向电路元件提供电流，数字信号包括第一状态和第二状态，开关被布置成当数字信号处于第一状态时将电路元件耦合到电流源，以及开关被布置成当数字信号处于第二状态时将电路元件与电流源去耦。
可选地，开关是包括耦合到PWM发生器的栅极的调光晶体管，其中在调光晶体管的栅极处接收数字信号。
可选地，电路元件包括至少一个发光二极管(LED)。
可选地，电流源包括电流调节器。
可选地，电流调节器包括运算放大器、调节器晶体管和整定电阻器，其中运算放大器具有耦合到参考电压的第一输入端、耦合到调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端以及耦合到调节器晶体管的栅极的输出端，并且整定电阻器具有耦合到节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
可选地，反馈电路被配置为通过检测节点处的电流来检测流过电路元件的电流。
可选地，反馈电路被配置为通过检测节点处的节点电压来检测节点处的电流。
可选地，反馈电路被配置为通过检测调节器晶体管的栅极处的栅极电压来检测流过电路元件的电流。
可选地，PWM发生器被配置为基于检测到的电流的属性和目标值之间的比较结果来调整数字信号。
可选地，反馈电路包括比较器，其用于通过比较代表检测到的电流的属性的信号与目标值来执行比较。
可选地，检测到的电流的属性是检测到的电流的平均值。
可选地，反馈电路包括积分器电路，该积分器电路被配置为将代表平均检测电流的信号提供给比较器。
可选地，电流源包括电流调节器。
可选地，电流调节器包括运算放大器、调节器晶体管和整定电阻器，其中运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端和耦合到调节器晶体管的栅极的输出端，并且整定电阻器具有耦合到节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
可选地，反馈电路被配置为通过检测节点处的电流来检测流过电路元件的电流。
可选地，反馈电路被配置为通过检测节点处的节点电压来检测节点处的电流，并且积分器电路被配置为接收节点电压。
可选地，检测到的电流的属性是脉冲宽度。
可选地，电流源包括电流调节器。
可选地，电流调节器包括运算放大器、调节器晶体管和整定电阻器，其中运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端和耦合到调节器晶体管的栅极的输出端，并且整定电阻器具有耦合到节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
可选地，反馈电路被配置为通过检测节点处的电流来检测流过电路元件的电流。
可选地，反馈电路被配置为通过检测节点处的节点电压来检测节点处的电流。
可选地，反馈电路包括用于比较节点电压与第二参考电压的比较器以提供适合于脉冲宽度的确定的信号。
可选地，检测到的电流的属性是接通延迟。
可选地，电流源包括电流调节器。
可选地，电流调节器包括运算放大器、调节器晶体管和整定电阻器，其中运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端和耦合到调节器晶体管的栅极的输出端，并且整定电阻器具有耦合到节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
可选地，反馈电路被配置为通过检测节点处的电流来检测流过电路元件的电流。
可选地，反馈电路被配置为通过检测节点处的节点电压来检测节点处的电流。
可选地，反馈电路包括用于比较节点电压与第二参考电压的比较器以提供适合于接通延迟的确定的信号。
可选地，反馈电路被配置为通过检测调节器晶体管的栅极处的栅极电压来检测流过电路元件的电流。
可选地，反馈电路包括用于比较栅极电压与第三参考电压的比较器以提供适用于接通延迟的确定的信号。
可选地，PWM发生器被配置为使用检测到的电流的属性来调整数字信号，该检测到的电流的属性是接通延迟。
可选地，反馈电路包括用于比较栅极电压与第三参考电压的比较器以提供适用于接通延迟的确定的信号。
可选地，PWM发生器被配置为通过执行以下操作中的至少一个来调整数字信号：增加数字信号的高时间(high time)、减少数字信号的高时间、增加数字信号的延迟时间，以及减少数字信号的延迟时间。
根据本公开的第二方面，提供一种操作脉宽调制(PWM)电路的方法，包括：使用开关将电路元件与电流源反复地耦合和去耦，使用反馈电路检测流过电路元件的电流，以及向开关提供数字信号并响应于检测到的电流使用PWM发生器来调整数字信号。
可选地，数字信号包括第一状态和第二状态，该方法包括当电流源和电路元件耦合时从电流源向电路元件提供电流，当数字信号处于第一状态时使用开关将电路元件耦合到电流源，以及当数字信号处于第二状态时将电路元件从电流源去耦。
可选地，开关是包括耦合到PWM发生器的栅极的调光晶体管，该方法包括在调光晶体管的栅极处接收数字信号。
可选地，电路元件包括至少一个发光二极管(LED)。
可选地，电流源包括电流调节器。
可选地，电流调节器包括运算放大器、调节器晶体管和整定电阻器，其中运算放大器具有耦合到参考电压的第一输入端、耦合到调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端、以及耦合到调节器晶体管的栅极的输出端，并且整定电阻器具有耦合到节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测节点处的电流来检测流过电路元件的电流。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测节点处的节点电压来检测节点处的电流。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测调节器晶体管的栅极处的栅极电压来检测流过电路元件的电流。
可选地，该方法包括使用PWM发生器，基于在检测到的电流的属性和目标值之间的比较的结果来调整数字信号。
可选地，反馈电路包括比较器，该方法包括通过使用比较器比较代表检测到的电流的属性的信号与目标值来执行比较。
可选地，检测到的电流的属性是检测到的电流的平均值。
可选地，反馈电路包括积分器电路，该方法包括使用积分器电路向比较器提供代表平均检测电流的信号。
可选地，电流源包括电流调节器。
可选地，电流调节器包括运算放大器、调节器晶体管和整定电阻器，其中运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端和耦合到调节器晶体管的栅极的输出端，并且整定电阻器具有耦合到节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测节点处的电流来检测流过电路元件的电流。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测节点处的节点电压来检测节点处的电流，并在积分器电路处接收该节点电压。
可选地，检测到的电流的属性是脉冲宽度。
可选地，电流源包括电流调节器。
可选地，电流调节器包括运算放大器、调节器晶体管和整定电阻器，其中运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端和耦合到调节器晶体管的栅极的输出端，并且整定电阻器具有耦合到节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测节点处的电流来检测流过电路元件的电流。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测节点处的节点电压来检测节点处的电流。
可选地，反馈电路包括比较器，该方法包括使用比较器来比较节点电压与第二参考电压以提供适用于脉冲宽度的确定的信号。
可选地，检测到的电流的属性是接通延迟。
可选地，电流源包括电流调节器。
可选地，电流调节器包括运算放大器、调节器晶体管和整定电阻器，其中运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端和耦合到调节器晶体管的栅极的输出端，并且整定电阻器具有耦合到节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测节点处的电流来检测流过电路元件的电流。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测节点处的节点电压来检测节点处的电流。
可选地，反馈电路包括比较器，该方法包括使用比较器比较节点电压与第二参考电压以提供适用于接通延迟的确定的信号。
可选地，该方法包括通过使用反馈电路检测调节器晶体管的栅极处的栅极电压来检测流过电路元件的电流。
可选地，反馈电路包括比较器，该方法包括使用比较器比较栅极电压与第三参考电压以提供适合于接通延迟的确定的信号。
可选地，该方法包括使用PWM发生器，使用检测到的电流的属性来调整数字信号，其中检测到的电流的属性是接通延迟。
可选地，反馈电路包括比较器，该方法包括使用比较器比较栅极电压与第三参考电压以提供适用于接通延迟的确定的信号。
可选地，该方法包括使用PWM发生器通过进行以下操作中的至少一个来调整数字信号：增加数字信号的高时间，减少数字信号的高时间，增加数字信号的延迟时间，以及减少数字信号的延迟时间。
附图说明
在下面通过示例并参考附图更详细地描述了本公开，在附图中：
图1a是第一现有技术LED电路的示意图，且图1b是第二现有技术LED电路的示意图；
图2示出了与图1b中所示的LED电路相关的仿真结果；
图3a是根据本公开的第一实施例的装置的示意图，图3b是根据本公开的第二实施例的LED电路的示意图，且图3c是根据本公开的第三实施例的LED电路的示意图；
图4是根据本公开的第四实施例的LED电路的示意图；
图5是图4的LED电路的仿真的布图；
图6示出了与图4中所示的LED电路相关的仿真结果；
图7是根据本公开的第五实施例的LED电路的示意图；
图8示出了与图7中所示的LED电路相关的仿真结果；
图9是示出与图7所示的类型的两个LED电路的操作相关的波形的曲线图；
图10是根据本公开的第六实施例的LED电路的示意图；以及
图11示出了与图10中所示的LED电路相关的仿真结果。
具体实施方式
图3a是根据本公开的第一实施例的包括脉宽调制(PWM)电路302、电路元件304和电流源306的装置300的示意图。PWM电路302可选地被称为PWM调光驱动器。
PWM电路302包括开关308、PWM发生器310和反馈电路312。开关308具有在耦合到电路元件304的第一端子和耦合到电流源306的第二端子。开关308适用于将电路元件304和电流源306反复地耦合和去耦。
PWM发生器310被配置为向开关308提供数字信号。电流源306被配置为当电流源与电路元件304耦合时向电路元件304提供电流。数字信号包括第一状态和第二状态。开关308被布置成当数字信号处于第一状态时将电路元件304耦合到电流源306，并且开关308被布置成当数字信号处于第二状态时将电路元件304从电流源306去耦。
反馈电路312被配置为检测流过电路元件304的电流，以及PWM发生器310被配置成响应于检测到的电流来调整数字信号。
调整数字信号将改变流过电路元件304的电流。因此，数字信号的调整可用于调整流过电路元件304的电流的属性。属性可以是一段时间内检测到的电流的平均值、电流波形的脉冲宽度或电流波形的定时特性。定时特性可以指如上所述的接通延迟和/或断开延迟。
因此，调整数字信号可用于执行以下一项或更多项：调整平均电流、调整相关联的电流波形的脉冲宽度以及调整定时特性。
因此，通过使用装置300，能够通过补偿如先前针对图1a、图1b和图2所讨论的可导致不精确电流波形的电路的特性(诸如寄生参数)来提供控制良好且精确的平均电流、控制良好且精确的脉冲宽度以及控制良好且精确的定时特性。
在操作中，反馈电路312通过检测通过电路元件304的电流并将信号提供给PWM发生器310来提供闭合补偿回路。PWM发生器310可以基于在检测到的电流的属性和目标电流属性(其可称为目标值)之间的比较的结果来调整数字信号。
目标值可以是例如目标平均电流、目标高时间设置、目标脉冲宽度或目标延迟时间。目标值可以与目标电流波形相关联。
基于检测到的电流的属性和目标电流属性之间的比较，对数字信号的适当调整被应用以实现目标电流属性。
数字信号可以由数字逻辑进行精确控制，而目标电流属性可以由用户进行设置。目标电流属性可以从数字信号得到。
可选地，可以使用检测到的电流的属性来调整数字信号，而不需要对于检测到的电流的属性与目标值的比较。
图3b是根据本公开的第二实施例的LED电路314的示意图。LED电路314包括图1b的LED电路112和PWM电路302。LED电路100、LED电路112、装置300和LED电路314之间的共同特征由共同参考数字和共同变量来表示。
PWM发生器310输出的数字信号对应于如前所述的PWM信号PWM-sig。
开关308是如前所述的调光晶体管104。调光晶体管104包括耦合到PWM发生器310的栅极，并且在调光晶体管104的栅极处接收PWM信号PWM-sig。
电路元件304包括LED串106，其包括三个LED 108。将认识到，电路元件304可以包括单个LED或包括多个LED的LED串。可选地，电路元件304可以根据技术人员的理解包括任何其他适合的部件。
电流源306包括如上所述的电流调节器114。电流调节器114包括运算放大器116、调节器晶体管118和整定电阻器120。
运算放大器116具有耦合到参考电压Vref的第一输入端、耦合到调节器晶体管118在节点Ns处的端子的第二输入端，以及耦合到调节器晶体管118的栅极的输出端。节点Ns处于节点电压Vs。调节器晶体管118的另一端子耦合到调光晶体管104的第二端子。整定电阻器120具有耦合到节点Ns的第一端子和耦合到地的第二端子。
反馈电路312耦合到节点Ns。对应于流过LED串106的电流的电流Iled通过检测节点电压Vs在节点Ns处被检测。如前所讨论，通过等式(1)来关联电流Iled和节点电压Vs。通过检测节点电压Vs来检测电流Iled可以被称为感测电流Iled。
图3c是根据本公开的第三实施例的LED电路316的示意图。LED电路316包括图1b的LED电路112和PWM电路302。LED电路100、LED电路112、装置300和LED电路316之间的共同特征由共同的参考数字和共同的变量表示。
LED电路316如针对LED电路314一样进行描述，但并不是将反馈电路312耦合到节点Ns，而是反馈电路被耦合到调节器晶体管118的栅极。通过检测调节器晶体管118的栅极处的栅极电压Vg来检测电流Iled。
将认识到，“检测”电流Iled可以指电流Iled的精确测量或者可替换地可以指检测电流Iled的属性或者检测电流Iled的存在，而不具有电流Iled的精确和/或直接测量。
由于调节器晶体管118的栅极处的栅极电压Vg可以指示电流Iled由电流调节器114提供给LED串106，因此检测调节器晶体管118的栅极处的栅极电压Vg可以被认为是检测电流Iled的手段。
图4是根据本公开的第四实施例的LED电路400的示意图。LED电路400对应于LED电路314，其中示出了反馈电路312的具体实现。在不同图之间的共同特征由共同的参考数字和共同的变量表示。
反馈电路312包括至少一个比较器，用于比较代表检测到的电流Iled的属性的信号与至少一个目标值。然后，PWM发生器310基于比较的结果调整PWM信号PWM-sig。
在本实施例中，存在两个目标值Vref_int1、Vref_int2和两个比较器402、403。PWM发生器310基于比较的结果调整PWM信号PWM-sig。
在这个特定的示例中，检测到的电流Iled的属性是检测到的电流Iled的平均值。在操作中，电流Iled的平均值与目标平均电流进行比较，且PWM信号PWM-sig被调整以提供目标平均电流。
反馈电路312还包括积分器电路404，其被配置为将代表检测到的电流Iled的平均值的信号提供给比较器402、403。节点Ns耦合到积分器电路404的输入端，且因此节点电压Vs被提供给积分器电路404。通过检测节点电压Vs来检测电流Iled。
积分器电路404接收节点电压Vs，在一段时间内对节点电压Vs进行积分，并输出代表检测到的电流Iled的平均值的信号Vs_int。在该实施例中，信号Vs_int可以被称为积分信号。积分信号Vs_int被提供给比较器402的输入端和比较器403的输入端。
积分信号Vs_int随PWM信号PWM-sig的每个周期周期性地确定。积分器电路404接收复位信号PWM_rst，该信号在PWM信号PWM-sig的每个周期之后周期性地复位积分器电路404。因此，积分信号Vs_int指示对于PWM信号PWM-sig的每个周期的平均检测电流Iled。
积分信号Vs_int与至少一个与目标平均电流相关的目标值进行比较，以确定平均检测电流Iled是大于还是小于目标平均电流。然后，补偿因子可被确定并应用于PWM信号PWM-sig以调整PWM信号PWM-sig并使平均检测电流Iled更接近目标平均电流。
在该特定实施例中，存在两个目标值Vref_int1、Vref_int2，其中Vref_int1被提供给比较器402的输入端，而Vref_int2被提供给比较器403的输入端。目标值Vref_int1、Vref_int2可以直接提供给它们各自的比较器402、403的输入端，或者可选地可以使用另一种方法来生成。在图4中所示的特定实施例中，反馈电路312包括积分器电路406和积分器电路407，其分别被配置为生成目标值Vref_int1和Vref_int2。
数字信号处于高状态的持续时间可以被称为其高时间。LED电路400的PWM信号PWM-sig的高时间PWM_HT_DIG由等式(2)给出：
PWM_HT_DIC＝PWM_HT_SET+PWM_HT_COMP (2)
其中，PWM_HT_SET是如可由用户设置的PWM信号PWM-sig的目标高时间设置，并且PWM_HT_COMP是基于积分信号Vs_int和目标值Vref_int1、Vref_int2之间的比较而生成的补偿信号。
参考电压Vref是节点电压Vs的目标值，并且通过等式(3)与目标电流Iref相关：
目标值Vref_int1是下限阈值且通过将参考电压Vref乘以PWM_set1并使用积分器电路406对结果进行积分而生成。目标值Vref_int2是上限阈值且通过将参考电压Vref乘以PWM_set2并使用积分器电路407对结果进行积分而生成。PWM_set1和PWM_set2分别由等式(4)和(5)给出：
PWM_set1＝PWM_HT_SET-PWM_nl (4)
PWM_set2＝PWM_HT_SET+PWM_n2 (5)
其中，PWM_n1和PWM_n2是偏移值。偏移值PWM_n1、PWM_n2应该适合用于提供根据技术人员的理解对于本申请的适合的目标值Vref_int1、Vref_int2。偏移值PWM_n1和PWM_n2可以相等并且例如两者都可以等于一。
目标值Vref_int1和Vref_int2分别代表下限目标平均电流和上限目标平均电流。包括单个比较器的另一实施例可以具有代表目标平均电流的单个目标值Vref_int。
在操作中，积分信号Vs_int每隔PWM信号PWM-sig的周期与目标值Vref_int1和Vref_int2进行比较。然后补偿信号PWM_HT_COMP可以如下调整。
如果Vs_int>Vref_int2，则降低PWM_HT_COMP；如果Vs_int<Vref_int1，则增加PWM_HT_COMP；并且如果Vref_int1<Vs_int<Vref_int2，则将PWM_HT_COMP保持为其当前值。
该特定实施例可以提供精确的平均检测电流Iled，其通过调整PWM信号PWM-sig的高时间来匹配目标平均电流。因此，改变电流波形的特定轮廓以及相关联的断开/接通延迟和上升/下降时间以提供目标平均电流并不是必需的。
图5示出了如图4中所示的LED电路400的仿真的布图500。图6示出了与LED电路400相关的仿真结果。使用代表LED电路400的实际实现的参数来执行仿真。图6显示的是PWM信号PWM-sig 600、节点电压Vs 602、目标值Vref_int1 604、积分信号Vs_int 606和比较器402的输出608。
在其他应用中，可能希望调整PWM信号PWM-sig高时间以实现目标平均电流和/或目标脉冲宽度，而且还调整PWM信号PWM-sig的延迟时间以实现电流Iled的精确定时特性。
图7是根据本公开的第五实施例的LED电路700的示意图。LED电路700对应于LED电路400，具有所示的反馈电路312的替代实现。在不同图之间的共同特征由共同的参考数字和共同的变量表示。
图8示出了与LED电路700相关的仿真结果。使用代表LED电路700的实际实现的参数来执行仿真。图8显示的是PWM信号PWM-sig 800、节点电压Vs 802和比较器402的输出804。
对于LED电路700，节点电压Vs 802的上升时间和下降时间相互补充，且因此可以忽略对于LED电路400所描述的积分器电路404、406、407。
反馈电路312包括比较器402。
在这个特定示例中，所考虑的检测到的电流Iled的属性是脉冲宽度和定时特性。特别地，关于定时特性，属性是接通延迟。
通过检测节点Ns处的节点电压Vs并将节点电压Vs提供给比较器402的输入端来检测电流Iled。比较器402的另一个输入端接收参考电压Vref2。参考电压Vref2等于参考电压Vref的一半。
由于参考电压Vref2等于参考电压Vref的一半，因此当电流Iled大于或等于其峰值的一半时，图8中所示的比较器402的输出804向PWM发生器310提供高信号。因此，比较器402输出高信号的时间段是与电流Iled相关联的电流波形的脉冲宽度。因此，比较器402输出适于脉冲宽度的确定的信号。
另外，比较器402输出的信号适于接通延迟的确定。由于参考电压Vref2等于参考电压Vref的一半，因此当电流Iled在其上升时达到其峰值的一半时，比较器402输出从低状态转变为高状态的信号，从而为接通延迟的确定提供合适的信号。
图9是示出与图7中所示的类型的两个LED电路的操作相关的波形的曲线图，其中每个LED电路使用VSYNC信号900同步。VSYNC信号900是用于同步LED背光照明应用中的LED的接通和断开时间的信号。
图9示出了对于第一LED电路的PWM发生器的输出902和电流Iled_1 904；以及对于第二LED电路的PWM发生器的输出906和电流Iled_2 908。
在这种背光照明应用中，不同的LED可具有不同的接通时间。不同的LED的亮度将由它们相关联的PWM信号的PWM-sig高时间来控制。
图9显示了对于第一LED电路的以下参数：接通延迟910、断开延迟912、脉冲宽度914；以及对于第二LED电路：接通延迟916、断开延迟918、脉冲宽度920。这些参数如对于图2先前所定义的：接通延迟是从PWM上升沿开始直到电流Iled达到其峰值的一半所花费的时间；断开延迟是从PWM下降沿开始直到电流Iled达到其峰值的一半所花费的时间；并且脉冲宽度是从电流Iled在电流Iled上升时处于其峰值的一半时，直到其在电流Iled下降时返回到其峰值的一半的时间段。
LED电路700的PWM信号PWM-sig的高时间PWM_HT_DIG如前所述由等式(2)给出，并被调整以提供目标脉冲宽度。目标脉冲宽度可以等于目标高时间设置PWM_HT_SET。
如前所讨论，在本实施例中，由比较器402输出的信号适于电流Iled的脉冲宽度的确定。通过比较电流Iled的脉冲宽度和由用户定义的目标高时间设置PWM_HT_SET所提供的目标脉冲宽度来确定补偿信号PWM_HT_COMP。补偿信号PWM_HT_COMP然后用于调整高时间PWM_HT_DIG以提供目标脉冲宽度。
在该特定实施例中，通过计算电流Iled的脉冲宽度和用户定义的目标高时间设置PWM_HT_SET之间的差，然后将结果传递通过比例积分微分(PID)控制回路来生成补偿信号PWM_HT_COMP，来确定补偿信号PWM_HT_COMP。
在VSYNC信号900的上升沿和PWM上升沿之间可以存在延迟，如参考数字922和924所示。PWM信号PWM-sig的延迟时间由等式(6)给出：
PWM_DELAY_DIG＝PWM_DELAY_SET-PWM_DELAY_COMP (6)
其中，PWM_DELAY_DIG是补偿的延迟时间；PWM_DELAY_SET是原始PWM延迟时间，其可以由用户设置，且因此可以表示目标延迟时间；并且PWM_DELAY_COMP是延迟时间的补偿。PWM_DELAY_DIG由图9上对于第一和第二LED电路的参考数字922和924表示。
如前所讨论，电流Iled的定时特性可以指接通和/或断开延迟。在该具体实施例中，期望提供补偿接通延迟的补偿的延迟时间PWM_DELAY_DIG。
如前所讨论，在本实施例中，由比较器402输出的信号适于接通延迟的确定。补偿信号PWM_DELAY_COMP通过比较接通延迟与由用户定义的PWM延迟时间PWM_DELAY_SET提供的目标延迟时间来确定。然后，补偿信号PWM_DELAY_COMP用于调整补偿的延迟时间PWM_DELAY_DIG以提供目标延迟时间和电流Iled的期望定时特性。
补偿信号PWM_DELAY_COMP可以如上描述的通过确定接通延迟并且将该接通延迟传递到数字低通滤波器来得到。
另外，补偿信号PWM_HT_COMP也可以使用数字低通滤波器来得到。数字低通滤波器可用于使补偿信号PWM_DELAY_COMP、PWM_HT_COMP中的一个或两个稳定。
LED电路700可以提供对于电流Iled的目标脉冲宽度，但与LED电路400相比可提供电流Iled的不精确的平均值。这是电流Iled的电流波形的上升时间和下降时间变化的结果。然而，在一些背光照明应用中，更期望的是提供比平均电流更加控制良好且精确的脉冲宽度。
图10是根据本公开的第六实施例的LED电路1000的示意图。LED电路1000对应于LED电路700，但是在LED电路1000中，比较器402具有耦合到调节器晶体管118的栅极的第一输入端，并且具有耦合到参考电压Vref3的第二输入端。不同图之间的共同特征由共同参考数字和共同变量来表示。
在这个特定示例中，检测到的电流Iled的属性是定时特性。特别地，关于定时特性，属性是接通延迟。
通过检测调节器晶体管118的栅极电压Vg来检测电流Iled。参考电压Vref3是栅极阈值Vth，其等于调节器晶体管118处于“导通状态”时的值。在PWM信号PWM-sig在调光晶体管104处被接收与比较器402输出高信号之间的时间是接通延迟T_turn_on。因此，比较器402输出的信号适于确定接通延迟T_turn_on。
如前面针对LED电路316所讨论的，检测栅极电压Vg不提供电流Iled的直接或精确测量结果，但是检测栅极电压Vg可以提供电流Iled存在的指示，且因此检测栅极电压Vg对于检测电流Iled是适合的方法。
使合适的参考电压Vref3例如等于栅极阈值Vth意味着比较器402在大约等于电流Iled达到其峰值的一半的时间的时间处输出高信号。因此，本实施例提供了确定与电流波形相关联的接通延迟T_turn_on的手段。
LED电路1000提供了通过检测栅极电压Vg来检测来自MOSFET栅极端子(调节器晶体管118的栅极)的接通延迟的一种简化的补偿方法。
本实施例仅用于补偿接通延迟。正如先前所讨论的，存在四个与比较PWM波形和电流波形有关的因素，如下所示：接通延迟、断开延迟、上升时间和下降时间。通常上升时间和下降时间可以相互补偿，而断开延迟远小于接通延迟，因此接通延迟可能是电流波形的不准确性的主导因素。因此，可以仅使用接通延迟信息来估计脉冲宽度，并相应地调整PWM信号PWM-sig。
图11示出了与LED电路1000相关的仿真结果。使用代表LED电路1000的实际实现的参数来执行仿真。图11显示的是PWM信号PWM-sig1100、栅极电压Vg 1102、节点电压Vs 1104和比较器402的输出1106。接通延迟T_turn_on通过参考数字1108指示。
LED电路1000的PWM信号PWM-sig的PWM_HT_DIG的高时间由等式(7)给出：
PWM_HT_DIG＝PWM_HT_SET+T_turn_on (7)
PWM信号PWM-sig的延迟时间由等式(8)给出：
PWM_DELAY_DIG＝PWM_DELAY_SET-T_turn_on (8)
从等式(7)和(8)可以看出，PWM信号PWM-sig可以使用接通延迟T_turn_on来调整。
在所呈现的实施例中，PWM信号PWM-sig可以通过执行以下操作中的至少一个来调整：增加PWM信号PWM-sig的高时间；减少PWM信号PWM-sig的高时间；增加PWM信号PWM-sig的延迟时间；或者减少数字信号的延迟时间。
可以对上述内容进行各种改进和修改而不脱离本公开的范围。

Claims (34)

1.一种脉宽调制电路，包括：
开关，所述开关用于将电路元件与电流源反复地耦合和去耦；
反馈电路，所述反馈电路被配置为检测流过所述电路元件的电流；以及
脉宽调制发生器，所述脉宽调制发生器被配置为向所述开关提供数字信号，并且被配置为响应于检测到的电流调整所述数字信号。
2.根据权利要求1所述的脉宽调制电路，其中：
所述电流源被配置为当所述电流源和所述电路元件耦合时向所述电路元件提供电流；
所述数字信号包括第一状态和第二状态；
所述开关被布置成当所述数字信号处于所述第一状态时将所述电路元件耦合到所述电流源；以及
所述开关被布置成当所述数字信号处于所述第二状态时将所述电路元件与所述电流源去耦。
3.根据权利要求1所述的脉宽调制电路，其中，所述开关为包括耦合到所述脉宽调制发生器的栅极的调光晶体管，其中所述数字信号在所述调光晶体管的栅极处被接收。
4.根据权利要求1所述的脉宽调制电路，其中，所述电路元件包括至少一个发光二极管。
5.根据权利要求1所述的脉宽调制电路，其中，所述电流源包括电流调节器。
6.根据权利要求5所述的脉宽调制电路，其中，所述电流调节器包括：
运算放大器；
调节器晶体管；以及
整定电阻器；其中：
所述运算放大器具有耦合到参考电压的第一输入端、耦合到所述调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端以及耦合到所述调节器晶体管的栅极的输出端；和
所述整定电阻器具有耦合到所述节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
7.根据权利要求6所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述节点处的电流来检测流过所述电路元件的电流。
8.根据权利要求7所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述节点处的节点电压来检测所述节点处的电流。
9.根据权利要求6所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述调节器晶体管的栅极处的栅极电压来检测流过所述电路元件的电流。
10.根据权利要求1所述的脉宽调制电路，其中，所述脉宽调制发生器被配置为基于在所述检测到的电流的属性和目标值之间的比较的结果来调整所述数字信号。
11.根据权利要求10所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路包括：
比较器，所述比较器用于通过比较代表所述检测到的电流的属性的信号与所述目标值来执行所述比较。
12.根据权利要求11所述的脉宽调制电路，其中，所述检测到的电流的属性是所述检测到的电流的平均值。
13.根据权利要求12所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路包括：
积分器电路，所述积分器电路被配置为向所述比较器提供代表平均检测电流的信号。
14.根据权利要求13所述的脉宽调制电路，其中，所述电流源包括电流调节器。
15.根据权利要求14所述的脉宽调制电路，其中，所述电流调节器包括：
运算放大器；
调节器晶体管；和
整定电阻器；其中：
所述运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到所述调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端和耦合到所述调节器晶体管的栅极的输出端；以及
所述整定电阻器具有耦合到所述节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
16.根据权利要求15所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述节点处的电流来检测流过所述电路元件的电流。
17.根据权利要求16所述的脉宽调制电路，其中：
所述反馈电路被配置为通过检测所述节点处的节点电压来检测所述节点处的电流；和
所述积分器电路被配置为接收所述节点电压。
18.根据权利要求10所述的脉宽调制电路，其中，所述检测到的电流的属性是脉冲宽度。
19.根据权利要求18所述的脉宽调制电路，其中，所述电流源包括电流调节器。
20.根据权利要求19所述的脉宽调制电路，其中，所述电流调节器包括：
运算放大器；
调节器晶体管；和
整定电阻器；其中：
所述运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到所述调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端以及耦合到所述调节器晶体管的栅极的输出端；以及
所述整定电阻器具有耦合到所述节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
21.根据权利要求20所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述节点处的电流来检测流过所述电路元件的电流。
22.根据权利要求21所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述节点处的节点电压来检测所述节点处的电流。
23.根据权利要求22所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路包括：
比较器，所述比较器用于比较所述节点电压和第二参考电压以提供适于所述脉冲宽度的确定的信号。
24.根据权利要求10所述的脉宽调制电路，其中，所述检测到的电流的属性是接通延迟。
25.根据权利要求24所述的脉宽调制电路，其中，所述电流源包括电流调节器。
26.根据权利要求25所述的脉宽调制电路，其中，所述电流调节器包括：
运算放大器；
调节器晶体管；和
整定电阻器；其中：
所述运算放大器具有耦合到第一参考电压的第一输入端、耦合到所述调节器晶体管在节点处的端子的第二输入端以及耦合到所述调节器晶体管的栅极的输出端；以及
所述整定电阻器具有耦合到所述节点的第一端子和耦合到地的第二端子。
27.根据权利要求26所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述节点处的电流来检测流过所述电路元件的电流。
28.根据权利要求27所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述节点处的节点电压来检测所述节点处的电流。
29.根据权利要求28所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路包括：
比较器，所述比较器用于比较所述节点电压和第二参考电压以提供适合于所述接通延迟的确定的信号。
30.根据权利要求26所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路被配置为通过检测所述调节器晶体管的栅极处的栅极电压来检测流过所述电路元件的电流。
31.根据权利要求30所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路包括：
比较器，所述比较器用于比较所述栅极电压和第三参考电压以提供适合于所述接通延迟的确定的信号。
32.根据权利要求9所述的脉宽调制电路，其中，所述脉宽调制发生器被配置为使用所述检测到的电流的属性来调整所述数字信号，所述检测到的电流的属性是接通延迟。
33.根据权利要求32所述的脉宽调制电路，其中，所述反馈电路包括：
比较器，所述比较器用于比较所述栅极电压和第三参考电压以提供适合于所述接通延迟的确定的信号。
34.根据权利要求1所述的脉宽调制电路，其中，所述脉宽调制发生器被配置为通过执行以下操作中的至少一项来调整所述数字信号：
增加所述数字信号的高时间；
减少所述数字信号的高时间；
增加所述数字信号的延迟时间；和
减少所述数字信号的延迟时间。
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