一种LED调光方法和装置

技术领域

本发明涉及LED驱动集成电路技术领域，具体地讲，是涉及一种LED调光方法和装置。

背景技术

目前LED（发光二极管）驱动技术主要为恒定电流幅度的PWM（Pulse WidthModulation）方式。调节LED亮度的灰度数据用于生成对应的PWM占空比，以调节LED的亮灭程度。由于恒定电流幅度的PWM调节方式具有灰度调节精度高，调节速度快的优点被广泛应用与LED亮度调节场合。但是恒定电流幅度的PWM调节方式具有一个明显的缺点，LED出现长时间亮和长时间暗的时段。而且当LED亮度下降较多后，LED暗的时间占比会比较大，亮的时间占比比较小，出现拍照失真和闪烁等问题。

于是出现将一个PWM周期打散为多个PWM周期，提高PWM频率的方式来改善该问题。典型的方法如专利ZL200610001583.5所示，将一高色阶分辨率的亮度控制信号分割成主要发光周期和次要发光周期，主要发光周期平均分割成多个小周期，次要发光周期的信号分割并均匀分散到多个小周期中。如图1所示，一个4bit的PWM，灰度数据为9(二进制1001)，高电平为9个时钟宽度，低电平为7个时钟宽度，具有长时间亮和长时间暗的缺点，该技术采用将4bit的PWM平均分成4等分，灰度数据9除以4等于2余1，主要发光周期则为4个2，即8,次要发光周期为余数1。主要发光周期分成4个小周期，每个周期亮2个时钟周期，灭2个时钟周期。次要发光周期的1分散到4个小周期中，如图1所示将其分散到第2个脉冲的开始端。如此就得到PWM频率提高4倍的脉冲输出，LED的显示更均匀化。但是该方式具有缺点就是每个小周期不能准确的表示LED的真实亮度，如本来LED的亮度是9/16,采用专利方法调整后亮度变为2/4、3/4、2/4和2/4这4个亮度的平均化。可以知道LED的平均电流存在先增加后减小的波动变化。对于拍照和录像仍然会存在一定的图像失真问题。而且LED频率提高越多，次要发光周期的数越大，LED电流波动就更明显，拍摄导致的图像失真就更严重。如4bitPWM灰度数为7，PWM频率提高8倍，则有8个小周期，而灰度数只有7，就会出现有1个PWM小周期不亮的情况，LED的亮度从亮1/2，变化到灭，再变化到亮1/2，LED电流波动较大，拍照和录像容易出现失真问题。可以知道该技术仍存在不足，而且PWM频率越高，该技术存在的不足越明显。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种LED调光方法，通过融合PWM调光和LED电流幅度调光这两种调光方式实现混合调光，使每个PWM周期LED的亮度都相同，都反应真实亮度，而且PWM频率可以任意提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种LED调光方法，包括以下步骤：

S10、获取输入的m位宽的灰度数据a和n位宽的占空比数据d0，其中，m位宽的灰度数据a用于控制脉冲电流的幅度大小，n位宽的占空比数据d0用于配合时钟频率设定PWM脉冲的频率和占空比输出；

S20、持续检测输入的占空比数据d0是否变化，若否，则维持相同占空比的PWM脉冲，且根据m位宽的灰度数据a控制m位电流源输出相应的脉冲电流幅值；

若是，则PWM脉冲的占空比按照变化的占空比数据d1实时匹配调整，同时将m位宽的灰度数据a通过运算调整为m位宽的灰度数据a1，运算公式为a1=a*d0/d1，a1取整数，余数为b，然后根据m位宽的灰度数据a1控制m位电流源输出相应的脉冲电流幅值，并将余数部分叠加在脉冲电流幅值上。

具体地，所述PWM脉冲的频率为设定的时钟频率的2

具体地，所述LED的最大显示亮度为2

具体地，所述将余数部分叠加在脉冲电流幅值上的方法为：

对占空比数据d1进行减1计数，当计数值等于余数b时，将m位宽的灰度数据a1加1，直到脉冲结束。

或者，将m位宽的灰度数据a1加1，然后对余数b进行减1计数，计数到0后将m位宽的灰度数据恢复为a1值输出。

进一步地，当所述占空比数据未变化而灰度数据变化时，判断灰度数据值是否小于一设定值，若是，则主动将占空比数据调低，以提高新的灰度数据值，提高脉冲电流幅度输出。

本发明的另一目的在于提供一种LED调光装置，包括：

判断单元，用于接收输入的n位占空比数据d0并实时判断n位占空比数据d0是否有变化；

脉冲输出单元，用于接收判断单元实时传输的n位占空比数据，并结合时钟单元设定的时钟频率形成相应频率和占空比的PWM脉冲，然后输出至恒流开关以控制其闭合与断开；

灰度运算单元，用于接收输入的m位灰度数据a并在n位占空比数据发生变化为d1时进行运算a1=a*d0/d1，获得新的整数m位灰度数据a1和余数b；以及

灰度控制单元，用于在n位占空比数据未发生变化时将接收输入的m位灰度数据a输出控制对应的m位电流源开关以调节脉冲电流幅度，并在n位占空比数据发生变化时根据灰度运算单元获得的m位灰度数据a1输出控制对应的m位电流源开关以调节脉冲电流幅度，同时根据灰度运算单元获得的余数叠加脉冲电流幅值。

现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用LED的灰度数据通过调整PWM脉冲电流幅度结合调整占空比的混合PWM方式来调节LED亮度，具有每个PWM周期LED的平均电流相同且每个PWM周期的LED亮度都等于LED的目标亮度的优点，可以得到更稳定的LED显示效果，LED平均电流稳定几乎无波动，显示图像画面时可以得到类似静止画面的效果，使得可以轻松消除拍照和录像出现的水波纹现象。对LED低灰显示时，通过降低占空比和降低电流幅值的方式实现，保证LED低灰时的PWM频率不变，使得可以得到优良的LED低灰显示效果。而且PWM频率可以任意调高，高速拍照录像也不会产生图像失真问题。

附图说明

图1为现有技术中的LED PWM调光方法的信号变化示意图。

图2为本发明-实施例的方法流程示意图。

图3为本发明-实施例的装置结构示意图。

图4为本发明-实施例1中的信号变化示意图。

图5为本发明-实施例2中的信号变化示意图。

图6为本发明-实施例3中的信号变化示意图。

图7为本发明-实施例4中的信号变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

如图2所示，该LED调光方法，包括以下步骤：

S10、获取输入的m位宽的灰度数据a和n位宽的占空比数据d0，其中，m位宽的灰度数据a用于控制脉冲电流的幅度大小，n位宽的占空比数据d0用于配合时钟频率设定PWM脉冲的频率和占空比输出。基于该两个设定的值，所述LED的最大显示亮度为2

S20、持续检测输入的占空比数据d0是否变化；

若占空比没有变化，则维持相同占空比的PWM脉冲，且根据m位宽的灰度数据a控制m位电流源输出相应的脉冲电流幅值到LED；如此采用调节电流幅度的方式来调节LED的亮度，而占空比维持不变。

若占空比发生变化，则PWM脉冲的占空比按照变化的占空比数据d1实时匹配调整，同时将m位宽的灰度数据a通过运算调整为m位宽的灰度数据a1，运算公式为a1=a*d0/d1，a1取整数，余数为b，然后根据m位宽的灰度数据a1控制m位电流源输出相应的脉冲电流幅值，并将余数部分叠加在脉冲电流幅值上，输出到LED灯，实现LED的调光。

其中，所述将余数部分叠加在脉冲电流幅值上的方法可以是：对占空比数据d1进行减1计数，当计数值等于余数b时，将m位宽的灰度数据a1加1，直到脉冲结束。也可以是：将m位宽的灰度数据a1加1，然后对余数b进行减1计数，计数到0后将m位宽的灰度数据恢复为a1值输出。

由灰度数据的运算a*d0/d1公式知道，当新的占空比d1比d0小时，新的灰度数据a1比原灰度数据a大。即调小占空比可以增大驱动LED的脉冲电流幅值。在MPWM调光过程中占空比可以根据需要做适时调整，比如当所述占空比数据未变化而灰度数据变化时，判断灰度数据值是否小于一设定值，若是，则主动将占空比数据调低，以提高新的灰度数据值，提高脉冲电流幅度输出。并且，在MPWM调光过程中也可以设定占空比数据随灰度数据变化而变化，如灰度数据增加占空比增加，灰度数据减少占空比减小。同时根据占空比的变化调整对应的新灰度数据输出，以保证LED亮度与灰度数据对应。

如图3所示，本实施例还提供了一种LED调光装置，包括判断单元、脉冲输出单元、灰度运算单元和灰度控制单元，其中，

判断单元，用于接收输入的n位占空比数据d0并实时判断n位占空比数据d0是否有变化；

脉冲输出单元，用于接收判断单元实时传输的n位占空比数据，并结合时钟单元设定的时钟频率形成相应频率和占空比的PWM脉冲，然后输出至恒流开关以控制其闭合与断开；

灰度运算单元，用于接收输入的m位灰度数据a并在n位占空比数据发生变化为d1时进行运算a1=a*d0/d1，获得新的整数m位灰度数据a1和余数b；

灰度控制单元，用于在n位占空比数据未发生变化时将接收输入的m位灰度数据a输出控制对应的m位电流源开关以调节脉冲电流幅度，并在n位占空比数据发生变化时根据灰度运算单元获得的m位灰度数据a1输出控制对应的m位电流源开关以调节脉冲电流幅度，同时根据灰度运算单元获得的余数叠加脉冲电流幅值。

与现有技术灰度数据用于调节PWM占空比不同的是，本发明的灰度数据主要用于调节LED脉冲电流的幅度，但同时灰度数据也可以调节PWM的占空比。本发明中脉冲输出单元根据判断单元的输出来决定PWM的脉冲输出，如果占空比数据不是初始化设定的占空比d0，则根据新的占空比数据d1来设定PWM脉冲占空比输出。如果占空比数据与初始化时占空比d0相同，则按照d0来设定PWM脉冲占空比输出。如果占空比数据没有变化仍为d0，则灰度运算单元不工作，灰度控制单元直接转发m位灰度数据a输出，其输出控制m位开关，控制成倍数递增的电流源的接入与断开。脉冲输出单元输出对应占空比的PWM脉冲控制恒流开关的闭合与断开。从而将对应的m位电流源输出到LED，实现LED的亮度控制。通常当LED亮度较高时可以采用占空比不变直接调节电流源的大小的方式来调光，当LED亮度较低时，可以采用降低PWM占空比提高脉冲电流幅度的方式来对LED调光。具体如下，当需要调节占空比时，如外部数据更新n位占空比数据或m位灰度数据小于一定值时n位占空比数据被修改以降低占空比。判断单元检测到占空比数据有变化，占空比数据变为d1，下一PWM周期，脉冲输出单元则以d1开始计数输出对应占空比的PWM脉冲。同时灰度运算单元对灰度数据进行运算输出，灰度数据a乘上原占空比数据d0再经过除法器除以新的占空比数据d1。得到新的灰度数据a1和余数b，其中余数b小于d1。灰度控制单元接收到占空比变化的信息后，将m位灰度数据切换为新的a1数据输出，同时对d1进行计数，当计数到与余数相同时将新的灰度数据a1加1后输出。相同的灰度控制单元输出新的m位灰度数据a1或a1+1控制着m位开关，从而控制着m个成倍数增加的电流源的断开与接入。脉冲输出单元输出新的占空比脉冲控制恒流开关的开与关，控制着恒流源的电流输出到LED灯，实现LED的调光。

本发明还通过以下实施例结合PWM信号变化情况具体说明该LED调光方法的实现过程。

实施例1

如图4所示为电流幅度为8占空比为9/16的PWM_0脉冲波形，其LED平均电流为8*I*9/16=4.5*I。采用本发明的LED调光方法后如PWM_s1输出电流幅度为9且每个PWM波形的占空比都为2/4，LED的平均电流为9*I*2/4=4.5*I。可以知道采用本发明的LED调光方法的LED平均电流都相同，LED亮度都相同，LED的PWM频率是原来的4倍。如需要提高PWM频率，可以像PWM_s2所示，PWM频率提高到原来的8倍，每2个时钟周期为一个PWM周期，PWM占空比为50%，电流幅度为9。每周期LED平均电流认为为9*I/2=4.5*I。可以知道，由于每个PWM周期LED平均电流相同，所以只要维持相同的占空比，LED的亮度就维持不变。PWM的频率可以大幅度提高，理论上可以达到时钟频率的一半。这是现有技术达不到的。

实施例2

如图5所示为占空比变大的情况。如一PWM_s3，电流幅度为9*I，2位占空比数据为2，2位占空比PWM的周期为2

实施例3

如图6所示为占空比变小的情况。如一PWM_s5，电流幅度为5*I，2位占空比数据为3。占空比数据3说明高电平为3个时钟周期。LED的平均电流为5*I*3/4=15*I/4，而且每个周期相同。如果将2位占空比数据调整为2后，PWM的高电平脉冲输出2个时钟周期，频率不变。同时灰度数据经过a*d0/d1的运算后得到5*3/2=7余1。占空比变化后的PWM如PWM_s6所示，电流幅度先输出7*I，同时对d1的2进行减1计数，当经过1个时钟周期减1后，等于余数1，将电流幅度加1输出，输出8*I电流值。然后持续到PWM关闭，如此重复。PWM_s6的平均电流为（7*2+1）*I/4=15*I/4。平均电流维持不变，LED亮度也就维持不变。

实施例4

如图7所示为占空比变小情况中余数的另一种处理方式。PWM_s5的电流幅度仍为5*I，2位占空比数据为3。LED的平均电流为5*I*3/4=15*I/4，而且每个周期相同。将2位占空比数据调整为2后，灰度数据经过a*d0/d1的运算得到5*3/2=7余1。如PWM_s7所示，电流幅度先输出加1后的电流幅度(7+1)*I=8*I，同时对余数1进行减1计数，当经过1个时钟周期减1后，等于0，将电流幅度减1输出，输出7*I电流值。然后持续到PWM关闭，如此重复。PWM_s7的平均电流为（8*2-1）*I/4=15*I/4。平均电流维持不变，LED亮度也就维持不变。

通过上述设置，采用本发明的LED调光方法可以得到更稳定的LED显示效果，LED平均电流稳定几乎无波动，显示图像画面时可以得到类似静止画面的效果，使得可以轻松消除拍照和录像出现的水波纹现象。对LED低灰显示时，通过降低占空比和降低电流幅值的方式实现，保证LED低灰时的PWM频率不变，使得可以得到优良的LED低灰显示效果。而且PWM频率可以任意调高，高速拍照录像也不会产生图像失真问题。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。