[发明专利]一种PWM无闪烁数字调光装置及方法

说明书

一种PWM无闪烁数字调光装置及方法，包括主计数器、从计数器、计数器位宽校准模块及抖动消除模块，其中，所述主计数器，对过采样时钟信号进行持续计数，并输出计数满指示信号；所述从计数器，对PWM信号为高电平时的过采样时钟信号进行计数；当所述主计数器计数满时，所述从计数器输出的计数值作为所述PWM信号占空比的数字值，并同时输出检测到的所述PWM信号的周期数；所述计数器位宽校准模块，根据所述从计数器输出的PWM信号的周期数，调整所述主计数器和所述从计数器的有效位宽；所述抖动消除模块，消除所述从计数器输出的所述PWM信号占空比的数字值序列的低位抖动。本发明还提供一种PWM无闪烁数字调光方法，可以确保可控的调光过渡时间。

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，特别是涉及一种PWM无闪烁数字调光装置及方法。

背景技术

LED照明正在取代传统的白炽灯和荧光灯照明。LED照明具有节约能源、安全环保、使用寿命长、响应速度快等优点。LED照明的亮度调节原理是调节单位时间内通过LED的平均电流。

目前常用的LED照明的亮度调节方案如图 1所示，包括用于控制LED明灭的PWM信号生成器101、开关管103、恒流源104以及LED管105。PWM信号生成器101生成的PWM信号，如图 2所示，分别为两个不同占空比的PWM信号。PWM信号的占空比决定了LED管的导通时间。在恒流源104的驱动下，LED管的发光亮度同比于PWM信号的占空比。该方案对人眼可以通过LED管的不同明灭时长比实现亮度调节。由于PWM信号控制着LED管的明灭，LED管输出的是不停闪烁的光。虽然人眼不能感觉到LED管输出光的闪烁，但采用电子摄像头拍摄的视频及图像仍能受LED管输出光的闪烁的影响。

为了消除LED管输出光的闪烁，模拟方式的DC（直流）调光改变LED管的导通电流。如图 3所示的DC调光方案，包括调光控制电压信号301、电压控制电流源（VCCS）302以及LED管303。电压控制电流源302的输出电流随调光控制电压信号301的值线性变化。该调光方式的控制信号是模拟量，LED管是持续导通，其发光亮度由通过的电流直接控制。由于LED管持续导通，不存在闪烁问题。

为了和PWM调光控制方式兼容，需要将PWM信号的占空比信息转换为对应的模拟调光控制电压信号。其基本思路如图 4所示，包括控制LED管亮度的PWM信号生成器401、PWM信号占空比转换器403、电压控制电流源（VCCS）405以及LED管406。PWM信号占空比转换器403将PWM信号的占空比信息转换成亮度控制电压信号404，从而调节LED管的发光亮度。

图 5所示是实现PWM信号占空比转换的一个简单方案，其采用RC低通滤波器对输入的PWM信号进行积分滤波，输出的DC值反映了PWM信号的占空比。由于PWM信号的调光频率最低可达100Hz，对应所需较大的电阻RS和电容CS。由于PWM信号生成器的电源电压通常存在±10%的变化，其100%占空比对应的全量程滤波输出亮度控制电压信号同样存在±10%的变化。为了提高调光精度，需要将PWM信号生成器的电源电压输入给LED驱动电路以生成和PWM信号生成器的电源电压匹配的参考电压。

图 6所示为实现PWM信号占空比转换的一个数字方案，其采用过采样时钟信号CLK对PWM信号的周期和高电平脉宽分别同时进行计数。每PWM信号周期，过采样时钟信号CLK的PWM信号高电平脉宽计数为HC，同时对应的PWM信号周期计数为PC。后续除法器计算HC/PC为对应占空比的数字值。所需计数器的位宽由过采样时钟与PWM信号频率比及所需的调光精度决定。该方案依赖于PWM信号中周期出现的高电平脉冲来确定周期计数，对于占空比为0%或100%的PWM信号需要特别处理。另外，除法器的实现也需要较多的逻辑门。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种PWM无闪烁数字调光装置及方法，具有的在线自校准功能可以确保可控的调光过渡时间。