TWI584680B - 發光二極體調光裝置的運作方法 - Google Patents

發光二極體調光裝置的運作方法 Download PDF

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Description

發光二極體調光裝置的運作方法
本發明係關於一種發光二極體調光裝置的運作方法，且特別是一種可避免發光二極體不規則閃爍之發光二極體調光裝置的運作方法。
發光二極體(Light Emitting Diode，LED)已是電子產品中常用的發光元件。具有發光二極體的電子產品通常會具有一驅動裝置，用以接收脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號，並根據脈衝寬度調變訊號的工作週期(Duty Cycle)驅動發光二極體發亮。
然而，傳統的電子產品，例如手機、日光燈等可搭載發光二極體的電子產品，可能不支援發光二極體改變亮度。因此，需要一種調光電路之設計，可設置於電子產品中，並根據脈衝寬度調變訊號的工作週期改變而調整發光二極體的亮度。
本發明實施例提供一種發光二極體調光裝置的運作方法。該運作方法包括以下步驟。步驟A：取樣脈衝寬度調變訊號，並分別計數脈衝寬度調變訊號位於邏輯高準位及邏輯低準位之時間。當取樣後的脈衝寬度調變訊號位於邏輯高準位時，計數器模組之第一計數器增加第一計數值。當取樣後的脈衝寬度調變訊號位於 邏輯低準位時，計數器模組之第二計數器增加第二計數值。步驟B：判斷是否偵測到脈衝寬度調變訊號之上升緣。步驟C：當偵測到脈衝寬度調變訊號之上升緣，根據計數器模組內儲存之第一計數值及第二計數值計算脈衝寬度調變訊號的工作週期。步驟D：重置計數器模組。步驟E：根據工作週期驅動發光二極體模組。
綜上所述，本發明實施例所提供之發光二極體調光裝置的運作方法可以根據脈衝寬度調變訊號的工作週期的改變而動態地調整發光二極體的亮度。此外，本發明實施例所提供之發光二極體調光裝置的運作方法可以在適當的時間點重置計數器模組內儲存之計數值，以避免計算出的工作週期與實際工作週期不相同所造成發光二極體模組不規則閃爍的問題。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
S101~S104‧‧‧步驟流程
S301~S311‧‧‧步驟流程
T1、T2、T3、T4、T5‧‧‧時間點
圖1是本發明實施例所提供之發光二極體調光裝置的運作方法的流程圖。
圖2是本發明其他實施例所提供之偵測脈衝寬度調變訊號之上升緣的示意圖。
圖3是本發明其他實施例所提供之發光二極體調光裝置的運作方法的流程圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且 完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但此等元件或信號不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語「或」視實際情況可能包括相關聯之列出項目中之任一者或者多者之所有組合。
本發明實施例提供一種發光二極體調光裝置的運作方法。發光二極體調光裝置用以接收一脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)訊號，並動態地根據脈衝寬度調變訊號調整一發光二極體模組提供的亮度。脈衝寬度調變訊號的頻率為可變頻率並非固定。
發光二極體調光裝置包括取樣單元、時脈提供單元、計數器模組、工作週期(Duty Cycle)計算單元、數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter，DAC)以及電流控制器。取樣單元耦接於計數器模組。時脈提供單元耦接於取樣單元以及計數器模組。計數器模組耦接於工作週期計算單元。工作週期計算單元耦接於數位類比轉換器。數位類比轉換器耦接於電流控制器。電流控制器耦接於發光二極體模組。
時脈提供單元包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以提供一時脈訊號給取樣單元以及計數器模組。時脈訊號具有固定的週期。
取樣單元包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以接收脈衝寬度調變訊號，並根據時脈訊號取樣脈衝寬度調變訊號，接著將每一次的取樣結果輸出至計數器模組。
計數器模組包括一第一計數器以及一第二計數器。第一計數器用以計數脈衝寬度調變訊號位於邏輯高準位的時間。具體來說，每當該取樣結果指示脈衝寬度調變訊號位於邏輯高準位，第 一計數器儲存之一第一計數值增加(例如由初始值0增加為1)。另一方面，第二計數器用以計數脈衝寬度調變訊號位於邏輯低準位的時間。每當取樣結果指示脈衝寬度調變訊號位於邏輯低準位，第二計數器儲存之一第二計數值增加(例如由初始值0增加為1)。接著，每當脈衝寬度調變訊號之一個取樣週期結束，第一計數器以及第二計數器分別輸出第一計數值以及第二計數值至工作週期計算單元。
工作週期計算單元包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以根據第一計數值以及第二計數值計算脈衝寬度調變訊號的工作週期。具體來說，工作週期計算單元將第一計數值除以第一計數值與第二計數值之總和作為脈衝寬度調變訊號的工作週期。接著，工作週期計算單元根據計算出的工作週期輸出控制訊號至數位類比轉換器。
數位類比轉換器包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以將工作週期計算單元提供的控制訊號轉換為類比形式，並輸出類比形式的控制訊號至電流控制器。
電流控制器包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以根據類比形式的控制訊號提供電流至發光二極體模組，以驅動發光二極體模組。
發光二極體模組包括至少一發光二極體，受控於發光二極體調光裝置，用以根據電流控制器輸出的電流進行發亮。
為了詳細說明發光二極體調光裝置的運作過程，請參閱圖1，圖1是本發明實施例所提供之發光二極體調光裝置的運作方法的流程圖。圖1所提供之運作方法適用於前述之發光二極體調光裝置。於步驟S101，取樣單元接收脈衝寬度調變訊號。於步驟S102，取樣單元根據時脈提供單元提供的時脈訊號取樣脈衝寬度調變訊號。時脈訊號的頻率固定，例如為4MHz。時脈訊號的頻率越快，取樣單元取樣脈衝寬度調變訊號的取樣頻率同樣越快。
於步驟S103，工作週期計算單元計算脈衝寬度調變訊號的工作週期。具體來說，計數器模組之第一計數器以及第二計數器根據取樣單元取樣脈衝寬度調變訊號的取樣結果分別計數脈衝寬度調變訊號位於邏輯高準位以及邏輯低準位的時間。工作週期計算單元接收計數器模組提供的第一計數值以及第二計數值，並將第一計數值除以第一計數值與第二計數值之總和，以獲得脈衝寬度調變訊號的工作週期。接著，工作週期計算單元根據計算出的工作週期對應地輸出控制訊號。
於步驟S104，數位類比轉換器接收控制訊號，並將控制訊號轉換為類比形式。最後，電流控制器接收類比形式的控制訊號，並根據類比形式的控制訊號驅動發光二極體模組。
如此一來，發光二極體調光裝置便可根據脈衝寬度調變訊號的工作週期改變而調整發光二極體模組提供的亮度。值得一提的是，上述之發光二極體調光裝置在實務上會遇到一個現象，也就是當脈衝寬度調變訊號的工作週期改變，例如從工作週期99.9998%下調至96.9998%時，取樣單元的取樣頻率可能無法偵測工作週期大於96.9998%的脈衝寬度調變訊號。換句話說，工作週期為96.9998%的脈衝寬度調變訊號位於邏輯低準位的時間小於取樣單元的取樣頻率，使得取樣單元無法偵測脈衝寬度調變訊號的工作週期。因此，第一計數器上留存著改變前之脈衝寬度調變訊號的相關計數值。若工作週期計算單元根據第一計數器提供的第一計數值計算工作週期，所計算出的工作週期與脈衝寬度調變訊號的實際工作週期之間可能會存在著誤差。此誤差將可能導致發光二極體模組之亮度產生不規則的閃爍。
為了克服此現象，本發明實施例所提供之發光二極體調光裝置更包括了上升緣(Rising Edge)偵測單元。上升緣偵測單元耦接於取樣單元、計數器模組以及工作週期計算單元。
上升緣偵測單元包含適當的邏輯、電路和/或編碼，用以接收 取樣單元取樣脈衝寬度調變訊號後輸出的取樣結果，並偵測取樣後的脈衝寬度調變訊號之上升緣。
每當上升緣偵測單元偵測到取樣後的脈衝寬度調變訊號之上升緣，上升緣計偵測單元就會先輸出一讀取訊號控制工作週期計算單元讀取計數器模組內儲存的第一數值以及第二計數值，並根據第一計數值以及第二計數值計算出工作週期。接著，上升緣偵測單元輸出重置訊號至計數器模組，以重置計數器模組內儲存之第一計數值以及第二計數值。
舉例來說，請參閱圖2，圖2是本發明其他實施例所提供之偵測脈衝寬度調變訊號之上升緣的示意圖。圖2提供了取樣單元接收的脈衝寬度調變訊號以及取樣後的脈衝寬度調變訊號的波形圖。於時間點T1，取樣單元開始取樣脈衝寬度調變訊號。此時，脈衝寬度調變訊號的工作週期例如為99.9998%。於時間點T2，上升緣偵測單元偵測到取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣，接著工作週期計算單元根據計數器模組內儲存的第一計數值以及第二計數值計算時間點T1至T2間脈衝寬度調變訊號的工作週期。在工作週期計算單元計算出工作週期後，上升緣偵測單元輸出重置訊號至第一計數器以及第二計數器，使得第一計數值以及第二計數值歸0。
同理，於時間點T3，上升緣偵測單元偵測到取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣，接著工作週期計算單元計算脈衝寬度調變訊號的工作週期。上升緣偵測單元再重置第一計數器以及第二計數器。
以此類推，直到時間點T4，脈衝寬度調變訊號的工作週期改變(例如由99.9998%下降至96.9998%)。上升緣偵測單元同樣在工作週期計算單元計算完工作週期後，重置第一計數器以及第二計數器。接著，上升緣偵測單元繼續偵測取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣。
於時間點T5，類似於前述原理，上升緣偵測單元偵測到取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣，且工作週期計算單元根據第一計數值以及第二計數值計算時間點T4至T5間脈衝寬度調變訊號的工作週期。接著，上升緣偵測單元重置第一計數器以及第二計數器。
根據以上內容，上升緣偵測單元可以在適當的時間點重置第一計數器以及第二計數器，使得計數器模組僅會儲存取樣後的脈衝寬度調變訊號的兩個上升緣之間的計數值。換句話說，計數器模組不會儲存前一個取樣週期的相關計數值。工作週期計算單元計算出的工作週期便會與脈衝寬度調變訊號的實際工作週期相符。
附帶一提，於圖1之實施例中，由於發光二極體調光裝置不包括上升緣偵測單元，取樣單元無法偵測工作週期大於96.9998%的脈衝寬度調變訊號，使得取樣單元無法偵測到時間點T2或T3的邏輯低準位脈衝。接著發光二極體模組將因前述之問題而不規則地閃爍。而本實施例之作法可利用上升緣偵測單元偵測脈衝寬度調變訊號的上升緣，並在偵測到上升緣時計算工作週期，以避免取樣單元無法偵測脈衝寬度調變訊號的工作週期變化的問題。
為了詳細說明發光二極體調光裝置的運作過程，請參閱圖3，圖3是本發明其他實施例所提供之發光二極體調光裝置的運作方法的流程圖。於步驟S301，取樣單元接收脈衝寬度調變訊號。於步驟S302，取樣單元根據時脈提供單元提供的時脈訊號取樣脈衝寬度調變訊號。
於步驟S303，計數器模組接收取樣單元提供的取樣結果，並分別計數脈衝寬度調變訊號位於邏輯高準位以及邏輯低準位的時間。若取樣後的脈衝寬度調變訊號位於邏輯高準位，第一計數器增加第一計數值。反之，若取樣後的脈衝寬度調變訊號位於邏輯低準位，第二計數器增加第二計數值。
於步驟S304，工作週期計算單元接收計數器模組提供的第一計數值以及第二計數值，並且判斷上述的其中任何一個計數值是否達到預設值。當第一計數值並未達到一第一預設值，且第二計數值並未達到一第二預設值，進入步驟S305。反之，當第一計數值大於等於第一預設值，或第二計數值大於等於第二預設值，進入步驟S308。
於步驟S305，上升緣偵測單元判斷是否偵測到取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣。當上升緣偵測單元並未偵測到取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣，回到步驟S303，計數器模組根據取樣後的脈衝寬度調變訊號之邏輯準位對應地增加第一計數值或第二計數值，且上升緣偵測單元繼續偵測取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣。當上升緣偵測單元偵測到取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣，進入步驟S306。
於步驟S306，工作週期計算單元接收計數器模組提供的第一計數值以及第二計數值，並根據第一計數值以及第二計數值計算脈衝寬度調變訊號的工作週期。具體來說，工作週期計算單元將第一計數值除以第一計數值與第二計數值之總和作為工作週期，並根據計算出的工作週期對應地輸出控制訊號。
於步驟S307，上升緣偵測單元判斷工作週期計算單元計算出工作週期後，例如偵測到工作週期計算單元輸出控制訊號，上升緣偵測單元輸出重置訊號以重置第一計數器及第二計數器。
於步驟S308，當第一計數器儲存之第一計數值達到第一預設值，工作週期計算單元輸出工作週期100%的控制訊號。或者，當第二計數器儲存之第二計數值達到第二預設值，工作週期計算單元輸出工作週期0%的控制訊號。
附帶一提，本發明實施例並不限制第一預設值以及第二預設值的數值大小。所屬技術領域具有通常知識者可依實際情況與需求自行設計第一預設值以及第二預設值的數值大小，以調整工作 週期。
於步驟S309，工作週期計算單元輸出控制訊號至數位類比轉換器。於步驟S310，數位類比轉換器接收控制訊號，並將控制訊號轉換為類比形式。於步驟S311，電流控制器接收類比形式的控制訊號，並根據類比形式的控制訊號提供電流至發光二極體模組，以驅動發光二極體模組。
綜上所述，本發明實施例所提供之發光二極體調光裝置的運作方法可以根據脈衝寬度調變訊號的工作週期改變而動態地調整發光二極體的亮度。此外，本發明實施例所提供之發光二極體調光裝置的運作方法可以在適當的時間點重置計數器模組內儲存之計數值，以避免計算出的工作週期與實際工作週期不相同所造成發光二極體模組不規則閃爍的問題。
以上所述，僅為本發明最佳之具體實施例，惟本發明之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
S301~S311‧‧‧步驟流程

Claims (6)

  1. 一種發光二極體調光裝置的運作方法，包括：步驟A：取樣一脈衝寬度調變訊號，並分別計數該脈衝寬度調變訊號位於一邏輯高準位及一邏輯低準位之時間，其中當該取樣後的脈衝寬度調變訊號位於該邏輯高準位時，一計數器模組之一第一計數器增加一第一計數值；當該取樣後的脈衝寬度調變訊號位於該邏輯低準位時，該計數器模組之一第二計數器增加一第二計數值；步驟B：判斷是否偵測到該脈衝寬度調變訊號之上升緣(Rising Edge)；步驟C：當偵測到該脈衝寬度調變訊號之上升緣，根據該計數器模組內儲存之該第一計數值及該第二計數值計算該脈衝寬度調變訊號的一工作週期；步驟D：重置該計數器模組；以及步驟E：根據該工作週期驅動一發光二極體模組；其中於步驟C中，當該第一計數器儲存之第一計數值未達到該第一預設值，且該第二計數器儲存之第二計數值未達到該第二預設值，該工作週期計算單元將該第一計數值除以該第一計數值與該第二計數值之總和作為該工作週期。
  2. 如請求項第1項所述之運作方法，其中於步驟A中，該發光二極體調光裝置之一取樣單元接收一時脈訊號，並根據該時脈訊號取樣該脈衝寬度調變訊號。
  3. 如請求項第1項所述之運作方法，其中於步驟B中，當該發光二極體調光裝置之一上升緣偵測單元並未偵測到該脈衝寬度調變訊號之上升緣，該計數器模組根據該取樣後的脈衝寬度調變訊號之邏輯準位對應的增加該第一計數值或該第二計數值，且該上升緣偵測單元繼續偵測該取樣後的脈衝寬度調變訊號的上升緣。
  4. 如請求項第1項所述之運作方法，其中於步驟C中，當該第一計數器儲存之第一計數值達到一第一預設值，該發光二極體調光裝置之一工作週期計算單元輸出工作週期100%的一控制訊號。
  5. 如請求項第1項所述之運作方法，其中於步驟C中，當該第二計數器儲存之第二計數值達到一第二預設值，該工作週期計算單元輸出工作週期0%的控制訊號。
  6. 如請求項第1項所述之運作方法，其中於步驟E還包括以下步驟：步驟E-1：該發光二極體調光裝置之一數位類比轉換器接收指示了該脈衝寬度調變訊號之工作週期的一控制訊號，並將該控制訊號轉換為類比形式；以及步驟E-2：該發光二極體調光裝置之一電流控制器根據該類比形式的控制訊號提供電流至該發光二極體模組，以驅動該發光二極體模組。
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