一种LED驱动电源的电流校准方法及装置与流程

本发明涉及led驱动电源，具体涉及一种led驱动电源的电流校准方法及装置。

背景技术：

1、在可编程led驱动电源领域，研发内部或流水线式的生产中需要驱动电源输出较为精准的电流。脉宽调制占空比与实际输出电流之间的非线性偏差并非由单一因素引起，而是由多个环节的物理特性叠加产生的，主要包括硬件元件的参数离散性——每台驱动器的变压器、金属氧化物半导体场效应晶体管开关管、电流采样电阻、电流基准电阻等关键功率元件均存在制造公差，各种偏差结合导致总体偏差较大。

2、现有技术中常见的电流校准方案为单一系数校准方案，该方案仅在以下条件下成立：脉宽调制占空比与输出电流之间在全量程范围内保持严格的线性正比例关系，且硬件的一致性较高。然而在实际应用中，由于硬件元件离散性和电路非线性传输特性的共同作用，脉宽调制占空比与输出电流之间在全量程范围内往往呈现非线性关系，单一系数校准方案难以在全量程范围内保持较高的校准精度，尤其是在中段区域的偏差更为显著。 此外，led驱动电源微控制器通常采用低成本微控制器平台（如arm cortex-m0+内核），其无硬件浮点运算单元，静态随机存取存储器和闪存存储空间有限，无法支持浮点运算或密集全量程查表方案。

3、因此，亟需一种能够在低成本微控制器平台上高效实现、且能够应对硬件离散性和非线性传输特性的高精度电流校准方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种led驱动电源的电流校准方法及装置，以解决现有技术中led驱动电源因硬件离散性、非线性传输特性导致的电流输出精度不足，以及在低成本微控制器平台上高效实现高精度电流校准的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种led驱动电源的电流校准方法，包括以下步骤：

4、获取步骤，获取不少于两个分布于全量程范围内的校准点，每个所述校准点包括理论电流值和与所述理论电流值对应的实际电流值，不少于两个所述校准点分布于所述理论电流值的全量程范围内；

5、构建步骤，根据所述理论电流值与所述实际电流值的对应关系，将所述理论电流值的全量程范围划分为多个校准区间，在每个所述校准区间内分别构建独立的线性映射函数，所述线性映射函数用于将输入的理论电流值映射为校准后的电流值；

6、校准步骤，根据目标理论电流值所处的校准区间，调用对应的所述线性映射函数，计算得到所述目标理论电流值对应的校准后的电流值。

7、优选地，所述获取步骤中，所述校准点通过上位机下发至所述led驱动电源的微控制器，所述微控制器将所述校准点存储于非易失性计算机可读存储介质中，多个所述校准点分布于所述理论电流值的全量程范围内的多个不同电流值范围。

8、优选地，所述构建步骤中，所述校准区间的划分方式为：自动添加理论电流值为零且实际电流值为零的校准点作为起始校准点，对添加后的所有所述校准点按照所述理论电流值的大小进行升序排序，对于所述理论电流值重复的校准点仅保留其中一个校准点剔除冗余校准点，以排序后的相邻校准点作为区间端点，依次构建所述校准区间。

9、优选地，所述线性映射函数采用定点化整数运算形式，对于目标理论电流值所在的当前校准区间，其两个端点为和，缩放因子为，则：

10、;

11、;

12、;

13、其中，为输入的理论电流值，为校准后的电流值，为当前校准区间的左端点的理论电流值，为当前校准区间的左端点对应的实际电流值，为当前校准区间的右端点的理论电流值，为当前校准区间的右端点对应的实际电流值，为缩放因子且为不小于100的整数，为定点化斜率，为定点化截距。

14、优选地，所述缩放因子的取值为1000。

15、优选地，所述校准步骤中，所述目标理论电流值对应的所述校准区间的查找方式为：按照所述校准区间的端点的理论电流值由小到大的顺序进行线性遍历，依次判断所述目标理论电流值是否落入当前校准区间的两个端点所界定的数值范围内，直至查找到对应的所述校准区间；若所述目标理论电流值小于全部所述校准点中最小的理论电流值或大于全部所述校准点中最大的理论电流值，则采用最靠近的校准区间的线性映射函数进行外推计算。

16、优选地，所述获取步骤中，所述校准点根据所述理论电流值与所述实际电流值之间的偏差变化特性，从所述理论电流值的全量程范围内选取，所述校准点的选取位置为所述全量程范围内的任意位置，包括所述全量程范围的最小值位置和最大值位置；其中：若以等间隔方式选取所述校准点，则各相邻校准点之间的理论电流值间隔相等；若以非等间隔方式选取所述校准点，则根据采集的原始电流数据确定电流曲线上的电流变化转折点，将所述电流变化转折点对应的位置作为所述校准点；获取的所述校准点的总数不超过十个且不少于两个。

17、本发明还提供了一种用于实现所述的led驱动电源的电流校准方法的led驱动电源的电流校准装置，所述led驱动电源包括驱动控制端，包括：

18、存储单元，用于存储多个校准点，每个所述校准点包括理论电流值和与所述理论电流值对应的实际电流值；

19、处理单元，与所述存储单元连接，用于读取所述存储单元中的所述校准点，根据所述理论电流值与所述实际电流值的对应关系，将所述理论电流值的全量程范围划分为多个校准区间，并在每个所述校准区间内分别构建独立的线性映射函数；

20、校准执行单元，与所述处理单元连接，用于接收目标理论电流值，根据所述目标理论电流值所处的校准区间调用对应的所述线性映射函数，计算得到所述目标理论电流值对应的校准后的电流值，并输出至所述驱动控制端。

21、优选地，所述处理单元为无硬件浮点运算单元的微控制器，所述线性映射函数采用定点化整数运算形式，所述定点化整数运算的缩放因子为1000。

22、所述校准点的总数不超过十个且不少于两个。

23、本发明相较于现有技术，其有益效果在于：

24、1、本发明通过获取有限个离散校准点，自动将全量程范围划分为多个校准区间，并在每个区间内独立构建线性映射函数，使得全量程范围内各段均具有独立的校准参数，能够自适应不同电流区段的非线性偏差分布，有效解决了因硬件元件离散性和非线性传输特性导致的单一系数校准精度不足的问题。分段校准后的电流误差在全量程范围内显著降低。

25、2、本发明中的校准点根据理论电流值与实际电流值之间的偏差变化特性从全量程范围内自适应选取，能够依据不同机型的非线性分布特征灵活布置校准点，使各校准区间与实际电流曲线的偏差变化特性相匹配，从而在校准点数量有限的前提下实现最优的分段拟合效果，有效避免了因固定点位与偏差分布不匹配导致的局部精度下降问题。其中，全量程范围的最小值位置即理论电流值为百分之零处所对应的校准数据默认存储于微控制器中，无需额外校准，进一步节省了校准时间。若以等间隔方式选取校准点，则各相邻校准点之间的理论电流值间隔相等，各校准区间的跨度均匀，避免了因局部区间跨度过大导致插值精度下降的问题，在全量程范围内获得均衡的高精度校准效果；若以非等间隔方式选取校准点，则根据采集的原始电流数据确定电流曲线上的电流变化转折点，将该转折点对应的位置作为校准点，使得校准点的分布与电流曲线的实际非线性特征高度匹配，以最少的校准点数量获得最优的校准精度。校准点的总数可根据校准精度与校准效率之间的平衡灵活确定，数量越少则校准耗时越短、产线生产效率越高，数量越多则分段越细、校准精度越高，用户能够根据实际生产需求在精度与效率之间灵活选择。

26、3、本发明通过自动添加起始校准点、排序、去重、相邻成段的自动分段构建方式，能够自适应不同硬件平台的非线性特性分布，无需人工预设分段区间，大幅提升了校准方案的通用性和适用性。

27、4、本发明通过采用缩放因子为1000的定点化整数运算设计，将浮点数运算转化为整数运算，使得无硬件浮点运算单元的arm cortex-m0+内核低成本微控制器能够在每个脉宽调制控制周期内高效完成校准值计算，无需浮点库函数调用，大幅缩减了计算时间。同时，1000的缩放因子使中间值具有直观的十进制含义（如k=968表示斜率为0.968），便于校准数据调试、串口日志分析和产线故障排查。

28、5、本发明的定点化方案不依赖任何特定微控制器架构的硬件特性，所有运算仅使用标准c语言的整数算术操作符（加、减、乘、除），可移植到任何支持标准c编译器的微控制器平台，适用范围广泛。

29、6、本发明按照校准区间的顺序进行线性遍历查找，能够在存储资源有限的低成本微控制器上以确定的顺序完成区间匹配，查找过程无遗漏且实现可靠，无需建立额外的索引结构，进一步节省了存储空间。对于目标理论电流值越界的情形，采用最靠近的校准区间进行外推计算，确保了校准过程的完整性和鲁棒性。

30、7、本发明提供的存储单元、处理单元和校准执行单元协同工作的装置架构，利用定点化整数运算替代浮点运算，在无硬件浮点运算单元的低成本微控制器上即可高效完成校准计算，无需外部浮点协处理器或更高性能的微控制器，降低了硬件成本。

31、8、本发明提供的电流校准方法及装置既提高了电流输出的准确度，也提高了流水线式和研发中的电流校正工作效率，为研发调试提供了高效精准的校准手段。