一种基于PWM调光的LED控制电路和方法与流程

一种基于pwm调光的led控制电路和方法
技术领域
1.本技术涉及led控制领域，更具体地，涉及一种基于pwm调光的led控制电路和方法。


背景技术：

2.目前市面上pwm转模拟调光技术已经很成熟，芯片检测pwm占空比，系统按照pwm占空比大小对应的调节led灯珠平均电流大小。例如当pwm占空比为50％时候，led灯珠平均电流为100％占空比时的50％；但是当pwm占空比很小的时候(例如占空比小于5％以下)，led灯珠亮度会出现人眼可辩的抖动现象。
3.因此，如何进一步提高基于pwm信号对led调光的精度，避免抖动现象，是目前有待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种基于pwm调光的led控制电路，用以解决现有技术中当pwm占空比小于某一值后led灯珠闪烁的技术问题。
5.该电路包括：
6.充放电单元，包括控制电容，用于根据pwm信号的占空比和开关控制信号调整所述控制电容的充电量和放电量；
7.开关控制单元，用于将所述控制电容的电容电压与基准电压进行比较后生成所述开关控制信号，并基于所述开关控制信号控制led控制芯片中的功率管的打开和关断；
8.其中，所述pwm信号用于依据pwm信号占空比大小调节led灯珠的平均电流，所述开关控制信号在所述电容电压处于增大趋势且所述占空比大于第一阈值时由高电平转为低电平，所述开关控制信号在所述电容电压处于减小趋势且所述占空比小于第二阈值时由低电平转为高电平。
9.在本技术一些实施例中，所述充放电单元还包括：
10.充电单元，用于输入所述pwm信号，并向所述控制电容充电；
11.放电单元，包括受所述开关控制信号控制的放电控制开关，用于输入所述pwm信号并对所述控制电容放电，并基于所述放电控制开关控制所述控制电容的放电量。
12.在本技术一些实施例中，所述充电单元包括第一开关管和第一电流源，所述放电单元还包括第二开关管、第二电流源和第三电流源，其中，
13.所述第一电流源连接所述第一开关管的源极，所述第一开关管的栅极和所述第二开关管的栅极的共接点接入所述pwm信号，所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的漏极共接于所述控制电容的一端，所述第二开关管的源极连接所述第二电流源的一端和所述放电控制开关的一端，所述放电控制开关的另一端连接所述第三电流源的一端，所述控制电容的另一端、所述第二电流源的另一端和所述第三电流源的另一端均接地。
14.在本技术一些实施例中，所述放电控制开关在所述开关控制信号为高电平时闭
合，，所述放电控制开关在所述开关控制信号为低电平时断开，。
15.在本技术一些实施例中，所述开关控制单元包括：
16.比较单元，用于将所述电容电压与所述基准电压进行比较，并将比较结果输入触发单元；
17.所述触发单元，用于根据所述比较结果生成触发信号，并将所述触发信号输入反相单元；
18.所述反相单元，用于根据所述触发信号生成所述开关控制信号。
19.在本技术一些实施例中，所述基准电压包括第一基准电压和第二基准电压，所述比较单元包括低边比较器和高边比较器，所述触发单元为rs触发器，所述反相单元包括第一反相器和第二反相器，其中，
20.所述低边比较器的正向输入端输入所述电容电压，所述低边比较器的负向输入端输入所述第一基准电压，所述低边比较器的输出端连接所述rs触发器的r端，所述高边比较器的正向输入端输入所述第二基准电压，所述高边比较器的负向输入端输入所述电容电压，所述高边比较器的输出端连接所述rs触发器的s端，所述rs触发器的q端连接所述第一反相器的输入端，所述第一反相器的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端输出所述开关控制信号，所述第一基准电压小于所述第二基准电压。
21.在本技术一些实施例中，所述开关控制信号由高电平转为低电平时，所述功率管打开，所述led灯珠亮，所述放电控制开关断开；所述开关控制信号由低电平转为高电平时，所述功率管关断，所述led灯珠灭，所述放电控制开关闭合；其中，所述第一阈值不小于所述第二阈值。
22.相应的，本发明还提出了一种基于pwm调光的led控制方法，应用于包括控制电容的电路中，所述方法包括：
23.根据pwm信号的占空比和开关控制信号调整所述控制电容的充电量和放电量；
24.将所述控制电容的电容电压与基准电压进行比较后生成所述开关控制信号，并基于所述开关控制信号控制led控制芯片中的功率管的打开和关断；
25.其中，所述pwm信号用于依据pwm信号占空比大小调节led灯珠的平均电流，所述开关控制信号在所述电容电压处于增大趋势且所述占空比大于第一阈值时由高电平转为低电平，所述开关控制信号在所述电容电压处于减小趋势且所述占空比小于第二阈值时由低电平转为高电平。
26.在本技术一些实施例中，所述控制电容的放电量是基于放电控制开关进行控制的，所述放电控制开关受所述开关控制信号控制。
27.在本技术一些实施例中，基于所述开关控制信号控制led控制芯片中的功率管的打开和关断，具体为：
28.若所述开关控制信号由高电平转为低电平，所述功率管打开，以使所述led灯珠亮；
29.若所述开关控制信号由低电平转为高电平，所述功率管关断，以使所述led灯珠灭；
30.其中，所述第一阈值不小于所述第二阈值。
31.通过应用以上技术方案，基于pwm调光的led控制电路包括：充放电单元，包括控制
电容，用于根据pwm信号的占空比和开关控制信号调整控制电容的充电量和放电量；开关控制单元，用于将控制电容的电容电压与基准电压进行比较后生成开关控制信号，并基于开关控制信号控制led控制芯片中的功率管的打开和关断；其中，pwm信号用于依据pwm信号占空比大小调节led灯珠的平均电流，开关控制信号在电容电压处于增大趋势且占空比大于第一阈值时由高电平转为低电平，开关控制信号在电容电压处于减小趋势且占空比小于第二阈值时由低电平转为高电平，从而进一步提高了基于pwm调光的精度，避免了当占空比小于某一值后led灯珠闪烁的问题，提高了led的可靠性，提升了用户体验。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1示出了本发明实施例提出的一种基于pwm调光的led控制电路的结构示意图；
34.图2示出了本发明实施例中充放电单元的结构示意图；
35.图3示出了本发明实施例中开关控制单元的结构示意图；
36.图4示出了本发明实施例中基于pwm调光的led控制电路工作原理示意图；
37.图5示出了本发明实施例中基于pwm调光的led控制电路的仿真结果示意图；
38.图6示出了图5的一局部放大图；
39.图7示出了图5的另一局部放大图；
40.图8示出了本发明实施例提出的一种基于pwm调光的led控制方法的流程示意图。
具体实施方式
41.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
42.本技术实施例提供一种基于pwm调光的led控制电路，如图1所示，包括：
43.充放电单元100，包括控制电容，用于根据pwm信号的占空比和开关控制信号调整控制电容的充电量和放电量；
44.开关控制单元200，用于将控制电容的电容电压与基准电压进行比较后生成开关控制信号，并基于开关控制信号控制led控制芯片中的功率管的打开和关断。
45.本实施例中，充放电单元100包括控制电容，pwm信号用于依据pwm信号占空比大小调节led灯珠的平均电流，根据pwm信号的占空比和开关控制信号可调整控制电容的充电量和放电量，控制电容的电容电压与该充电量和放电量有关，电容电压在充电量大于放电量时会增大，电容电压在充电量小于放电量时会减小。
46.开关控制单元200将电容电压与基准电压进行比较，根据比较结果可生成开关控制信号，该开关控制信号在电容电压处于增大趋势且占空比大于第一阈值时由高电平转为低电平，开关控制信号在电容电压处于减小趋势且占空比小于第二阈值时由低电平转为高
电平，基于该开关控制信号可控制led控制芯片中的功率管的打开和关断，可以理解的是，该功率管打开时led灯珠亮，该功率管关断时led灯珠灭。
47.为了提高充放电单元的可靠性，在本技术一些实施例中，如图2所示，充放电单元还包括：
48.充电单元110，用于输入pwm信号，并向控制电容cap充电；
49.放电单元120，包括受开关控制信号pwm_con控制的放电控制开关sw，用于输入pwm信号并对控制电容cap放电，并基于放电控制开关sw控制控制电容cap的放电量。
50.为了提高充放电单元的可靠性，在本技术一些实施例中，如图2所示，充电单元110包括第一开关管v1和第一电流源ia，放电单元120还包括第二开关管v2、第二电流源ib1和第三电流源ib2，其中，
51.第一电流源ia连接第一开关管v1的源极，第一开关管v1的栅极和第二开关管v2的栅极的共接点接入pwm信号，第一开关管v1的漏极和第二开关管v2的漏极共接于控制电容cap的一端，第二开关管v2的源极连接第二电流源ib1的一端和放电控制开关sw的一端，放电控制开关sw的另一端连接第三电流源ib2的一端，控制电容cap的另一端、第二电流源ib1的另一端和第三电流源ib2的另一端均接地。
52.图2中，控制电容cap的电容电压用vcap表示。
53.为了提高充放电单元100的可靠性，在本技术一些实施例中，如图2所示，放电控制开关sw在开关控制信号pwm_con为高电平时闭合，放电控制开关sw在开关控制信号pwm_con为低电平时断开。
54.本实施例中，放电控制开关sw闭合时接通第三电流源ib2，放电电流变为总放电电流ib，ib＝ib1 ib2；放电控制开关sw断开时断开第三电流源ib2，放电电流变为ib1。
55.为了提高开关控制单元200的可靠性，在本技术一些实施例中，如图3所示，开关控制单元200包括：
56.比较单元210，用于将电容电压与基准电压进行比较，并将比较结果输入触发单元220；
57.触发单元220，用于根据比较结果生成触发信号，并将触发信号输入反相单元；
58.反相单元230，用于根据触发信号生成开关控制信号。
59.本实施例中，将电容电压输入比较单元210，比较单元210将电容电压与基准电压进行比较，并将比较结果输入触发单元220，经触发单元220触发后生成触发信号，并将触发信号输入反相单元230，反相单元230根据触发信号可生成开关控制信号。
60.为了提高开关控制单元200的可靠性，在本技术一些实施例中，如图3所示，基准电压包括第一基准电压vref1和第二基准电压vref2，比较单元210包括低边比较器comp1和高边比较器comp2，触发单元220为rs触发器，反相单元230包括第一反相器n1和第二反相器n2，其中，
61.低边比较器comp1的正向输入端输入电容电压vcap，低边比较器comp1的负向输入端输入第一基准电压vref1，低边比较器comp1的输出端连接rs触发器的r端，高边比较器comp2的正向输入端输入第二基准电压vref2，高边比较器comp2的负向输入端输入电容电压vcap，高边比较器comp2的输出端连接rs触发器的s端，rs触发器的q端连接第一反相器n1的输入端，第一反相器n1的输出端连接第二反相器n2的输入端，第二反相器n2的输出端输
出开关控制信号pwm_con，第一基准电压vref1小于第二基准电压vref2。
62.为了提高电路的可靠性，在本技术一些实施例中，开关控制信号pwm_con由高电平转为低电平时，功率管打开，led灯珠亮，放电控制开关sw断开；开关控制信号pwm_con由低电平转为高电平时，功率管关断，led灯珠灭，放电控制开关sw闭合；其中，第一阈值不小于第二阈值。
63.为了提高电路的可靠性，在本技术一些实施例中，第一阈值为7％，第二阈值为5％。
64.通过应用以上技术方案，基于pwm调光的led控制电路包括：充放电单元，包括控制电容，用于根据pwm信号的占空比和开关控制信号调整控制电容的充电量和放电量；开关控制单元，用于将控制电容的电容电压与基准电压进行比较后生成开关控制信号，并基于开关控制信号控制led控制芯片中的功率管的打开和关断；其中，pwm信号用于依据pwm信号占空比大小调节led灯珠的平均电流，开关控制信号在电容电压处于增大趋势且占空比大于第一阈值时由高电平转为低电平，开关控制信号在电容电压处于减小趋势且占空比小于第二阈值时由低电平转为高电平，从而进一步提高了基于pwm调光的精度，避免了当占空比小于某一值后led灯珠闪烁的问题，提高了led的可靠性，提升了用户体验。
65.为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
66.本技术实施例提供一种基于pwm调光的led控制电路，包括充放电单元(如图2所示)和开关控制单元(如图3所示)，工作原理如下：
67.充放电单元，包括控制电容cap，根据pwm信号的占空比和开关控制信号pwm-con调整控制电容cap的充电量和放电量。
68.开关控制单元，将控制电容cap的电容电压vcap与基准电压进行比较后生成开关控制信号pwm-con，并基于开关控制信号pwm-con控制led控制芯片中的功率管的打开和关断。
69.若：充电电流为ia；
70.放电电流ib＝ib1 ib2，
71.ia：ib＝(1-d1):d1，
72.ia：ib1＝(1-d2):d2，
73.占空比d1≥d2(d1为所述第一阈值，d2为所述第二阈值)。
74.设定：占空比为d，控制电容cap的充电量为：ia*d，控制电容cap的放电量为：ib*(1-d)。
75.当占空比d为d1时：
76.控制电容cap的充电量为ia*d1，控制电容cap的放电量为ib*(1-d1)，
77.此时：ia*d1：ib*(1-d1)＝(1-d1)*d1：d1*(1-d1)＝1:1。
78.当占空比d为d2时：
79.控制电容cap的充电量为ia*d2，控制电容cap的放电量为ib1*(1-d2)，
80.此时：ia*d2：ib1*(1-d2)＝(1-d2)*d2：d2*(1-d2)＝1:1。
81.如图2-图4所示：
82.a、上电初期pwm_con置位逻辑高，充电电流为ia，放电电流为ib，调节pwm占空比d，
当占空比d小于d1时候，充电量ia*d小于放电量ib*(1-d)，通过比较器比较，高边比较器comp2输出逻辑高信号，低边比较器comp1输出逻辑低信号，这两组逻辑信号通过rs触发处理后，将pwm_con输出为逻辑高电平，此时led控制芯片中功率管关断，led灯珠处于全灭状态；
83.b、随着pwm占空比d的增加，当d大于等于d1时，控制电容cap的充电量ia*d大于等于放电量ib*(1-d)，电容电压vcap开始上升，当电容电压vcap大于第一基准电压vref1，低边比较器comp1输出逻辑高电平；当电容电压vcap大于第二基准电压vref2时，高边比较器comp2输出逻辑低电平，rs触发器被置数，q端输出逻辑低电平，开关控制信号pwm_con翻转为逻辑低，使得开关控制信号pwm_con输出为逻辑低，此时将led控制芯片中功率管打开，led灯珠亮，同时放电控制开关sw被断开，放电电流等于ib1，充电电流等于ia；
84.c、当pwm占空比d继续增大或降低至d2之前，控制电容cap的充电量ia*d大于放电量ib1*(1-d)，开关控制信号pwm_con维持低电平，功率管正常工作；
85.d、当pwm占空比d小于等于d2时，控制电容cap的充电量ia*d小于等于放电量ib1*(1-d)，电容电压vcap开始下降，电容电压vcap小于第二基准电压vref2，高边比较器comp2输出翻转为逻辑高，当电容电压vcap小于第一基准电压vref1时，低边比较器comp1输出翻转为逻辑低电平，rs触发器被复位，q端输出逻辑高电平，同时开关控制信号pwm_con输出逻辑高电平，此时将led控制芯片中功率管关断，led灯珠熄灭，同时放电控制开关sw闭合，放电电流等于ib，充电电流等于ia，再次上电后，重复a条件中的现象；此时灯珠关断从而解决当pwm占空比很小的时候，灯珠亮度会出现人眼可辩的抖动现象。
86.本发明在pwm占空比d降低至某一值时，通过本发明方案将灯珠熄灭，有效解决的pwm占空比d降低至某一值时，灯珠亮度会出现人眼可辩的抖动问题。
87.实施例中设置d1为7％，d2为5％，避免当d1与d2相等时，无法根据条件判断led灯珠的灭与亮，引起电路失效。
88.功能验证如下：
89.依据以上设计思路，结合系统做功能验证。将基于pwm调光的led控制电路与led控制芯片连接，组成led调光系统。
90.设ia：ib＝19:1，ia:ib1＝13.5:1，当占空比大于7％时候，开关控制信号pwm_con为低，功率管打开，led灯珠亮；当占空比小于5％时候，开关控制信号pwm_con为高，功率管关闭，led灯珠灭。
91.仿真结果如图5所示，图5中，由上到下，第一组波形图为pwm信号，第二组为电容电压vcap信号波形，第三组为开关控制信号pwm_con信号波形。
92.图6和图7分别为图5的局部放大图，如图6所示，当占空比≥7％，电容电压vcap开始上升，经过六个pwm周期，上升到vdd，开关控制信号pwm_con翻转为低，将功率管打开，led灯珠亮；如图7所示，当占空比≤5％，电容电压vcap开始下降，开关控制信号pwm_con翻转为高，led灯珠亮。
93.仿真结果可知：当占空比小于5％时候，开关控制信号pwm_con输出恒低；当占空比大于7％时候，开关控制信号pwm_con输出恒高，实现设计功能。
94.本领域技术人员可根据需求自主调节d1，d2量，电路简单可行性高。
95.本技术实施例还提出了一种基于pwm调光的led控制方法，应用于包括控制电容的
电路中，如图8所示，所述方法包括以下步骤：
96.步骤s101，根据pwm信号的占空比和开关控制信号调整所述控制电容的充电量和放电量。
97.步骤s102，将所述控制电容的电容电压与基准电压进行比较后生成所述开关控制信号，并基于所述开关控制信号控制led控制芯片中的功率管的打开和关断；
98.其中，所述pwm信号用于依据pwm信号占空比大小调节led灯珠的平均电流，所述开关控制信号在所述电容电压处于增大趋势且所述占空比大于第一阈值时由高电平转为低电平，所述开关控制信号在所述电容电压处于减小趋势且所述占空比小于第二阈值时由低电平转为高电平。
99.为了提高调光精度，在本技术一些实施例中，所述控制电容的放电量是基于放电控制开关进行控制的，所述放电控制开关受所述开关控制信号控制。
100.为了提高调光精度，在本技术一些实施例中，基于所述开关控制信号控制led控制芯片中的功率管的打开和关断，具体为：
101.若所述开关控制信号由高电平转为低电平，所述功率管打开，以使所述led灯珠亮；
102.若所述开关控制信号由低电平转为高电平，所述功率管关断，以使所述led灯珠灭；
103.其中，所述第一阈值不小于所述第二阈值。
104.为了提高调光精度，在本技术一些实施例中，若所述占空比在增大趋势且小于所述第一阈值，或所述占空比在减小趋势且小于所述第二阈值，所述充电量小于所述放电量；
105.若所述占空比在增大趋势且大于所述第一阈值，或所述占空比在减小趋势且大于所述第二阈值，所述充电量大于所述放电量；
106.若所述占空比在增大趋势且等于所述第一阈值，或所述占空比在减小趋势且等于所述第二阈值，所述充电量等于所述放电量。
107.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。