CN102017412B

CN102017412B - 旋转脉宽调制器

Info

Publication number: CN102017412B
Application number: CN2009801126095A
Authority: CN
Inventors: 彼得·胡贝图斯·弗朗西斯科·德兰博格; 琼尼斯·威尔艾马斯·吉尔朱迪斯·玛丽·贾科布斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: WO2009125377A1; CN102017412A; EP2269305B1; EP2269305A1; US20110026580A1; US8594174B2; ATE523962T1

Abstract

用于驱动LED的驱动器在周期序列中使用PWM。驱动器具有模数计数器，该模数计数器在每个周期之后被复位。驱动器具有：第一加法器，用于将计数值与对LED的控制脉冲相对于周期起始的偏移加以指示的量相组合；第二加法器，用于将计数值与指示控制脉冲宽度的宽度量相组合；以及逻辑门，接收加法器输出处的MSB并提供控制脉冲。

Description

旋转脉宽调制器

技术领域

本发明涉及具有使用脉宽调制器来产生控制信号的电路的电子设备。该电路可以特别但不限于用于向LED驱动器提供控制信号。

背景技术

脉宽调制(PWM)是用于调制信号或电源、或者设备操作的占空比的公知技术。占空比表示信号、电源或设备活跃的时间的比例。PWM用于控制例如三相电机或其他电机、至放大器的电源、光源、调光器、电压调节器等。例如，下面在驱动发光二极管(LED)的上下文中更加详细地讨论PWM。

多色LED光源典型地使用PWM来精确地设定颜色和感知到的光功率(流明)。相比于直接幅度调制(AM)，使用PWM来驱动LED提供了多种优点。用变化的电流驱动的LED不仅显示出光量的改变，还显示出光颜色的改变。此外，光输出的改变也是非线性的：LED通常在较低驱动电流下具有较高效率。利用PWM调制，LED颜色保持得恒定得多，这是因为用恒定电流驱动LED。可以通过改变LED的导通时间，来以线性方式改变光输出。因此，幅度调制提供非线性LED响应，而PWM提供线性响应。特别是在对多色LED***(例如，红绿蓝或RGB)进行调光时，由于需要调整LED颜色之间的平衡，所以AM的非线性引起了问题。

在一些使用PWM的多色LED应用中，在PWM周期的开始处，同时开启所有颜色。图1是示出了这种场景的图100。横轴是时间轴，被划分成操作周期(也成为PWM周期)102、104、....的序列。块106指示导通红色LED的时间间隔。块108指示导通绿色LED的时间间隔。块110指示导通蓝色LED的时间间隔。块112指示导通琥珀色LED的时间间隔。该场景导致在每次PWM周期开始时电源线上负载增长非常陡峭。此外，得到的彩色图像可能看起来是闪动的，特别是对于使用非常短的占空比的低光电平。

众所周知，LED的例如颜色和发光度等特性随温度而改变。颜色由于LED的半导体材料的带隙的改变而改变。发光量随着温度升高而降低。这是由于对光发射无贡献的空穴和电子的重组增加了。因此，可以使用反馈机制，依赖于LED的测量的光输出来控制LED的驱动电流，以稳定例如颜色。参见例如P.Deurenberg等的“Achieving colorpoint stability in RGB multi-chip LED modules using various colorcontrol loops”，Proc.SPIE，Vol.5941，pp63-74，2005；美国专利申请公开2008007182；以及美国专利6,411,046。该方法可能要求导通时段在PWM周期上的特定分布。图2示出了这种场景，在该示例中时间间隔106、108和110分别针对红色、绿色和蓝色。在该示例中，单独一个PWM周期中针对单个颜色的导通时间在其他颜色的导通时间之前。时间间隔106开始于PWM周期102中由箭头202指示的时间，时间间隔108开始于PWM周期104中由箭头204指示的时间，等等。在每个PWM周期中，其他两个颜色稍后开始。这使反馈机制中的传感器能够测量首先导通的LED对入射到传感器上的光的贡献。箭头206指示将所有LED截止以使传感器能够确定从其他源入射的光的时刻。因此，反馈机制最终识别出每个单个LED的贡献，并单独地控制各个LED，以稳定操作使用中LED的性能。

在上述场景中，仍然同时导通多个LED，这导致上述问题(即，峰值负载和闪动)。

改善上述情况的公知方法是将每个不同LED的开始时间相对于每个PWM周期的开始偏移不同的时间段，以将每个LED颜色块106-112的前沿分布在PWM周期上。图3示出了这种场景。进一步的信息参见例如P.Deurenberg等的“Achieving color point stability inRGB multi-chip LED modules using various color control loops”，Proc.SPIE，Vol.5941，pp63-74，2005；C.Hoelen等的“Color tunable LED spotlighting”，Proc.SPIE，Vol.6337，pp.1-15，2006；S.Muthu等的“Red，green and blue LEDs for white light illumination”，IEEE Journal onSelected Topics in Quantum Electronics 8(2)，pp.333-338，2002。

发明内容

然而，由于将每个LED颜色块的前沿分布在PWM周期上，一个或多个LED的活跃时间间隔可能延展到下一PWM周期中。这是一个问题，因为在这种情况下使用的公知PWM发生器是在PWM周期上同步的，从而不允许这种延展。在典型实施方式中，在每个PWM周期的开始处将计数器复位。在每个时钟周期增加计数器值，直到PWM周期终止，并且将计数器复位。在计数器值小于相关LED的所需占空比的时间段期间，产生逻辑高控制信号。如果计数器值大于所需占空比，则产生逻辑低控制信号。该控制信号确定是导通还是截止LED。因此，该已知的实施方式不允许占空比在两个连续PWM周期上延展。

如果允许如参照图2所述的各个单独的颜色测量，则在延展到下一PWM间隔的场景下，控制甚至变得更加复杂。图4示出了这种场景。这里，连续PWM周期各自具有时间间隔，例如，间隔402、间隔404、间隔408和间隔410，其中，在一部分时间无任何LED活跃，而在另一部分时间只有一个LED因其起始时间向前偏移而活跃。例如，在间隔406，只有块110的蓝色LED因其起始时间偏移到正在执行颜色测量的间隔406中而活跃。

本发明的目的之一是提供一种电子设备，具有使用脉宽调制来产生控制信号的电路，其中允许占空比延展到下一周期中。

因此，发明人提出了一种电子设备，具有在多个周期的序列中每个特定周期期间使用脉宽调制来产生控制脉冲的电路。该电路包括模数计数器，该模数计数器的计数值在经过了特定周期之后被复位到预定值。该电路还包括连接至计数器的信号发生装置。该信号发生装置包括：第一组合器，用于在第一组合器输出处提供与边沿量相组合的计数值，该边沿量指示控制脉冲的沿(例如，前沿或后沿)相对于当前周期的开始的偏移；第二组合器，用于在第二组合器输出处提供与宽度量相组合的计数值，该宽度量指示控制脉冲的宽度；以及第一逻辑门，接收第一和第二比特值，并在第一门输出处提供表示控制脉冲的第一逻辑输出信号，其中第一和第二比特值分别指示在第一组合器输出处的第一最高有效位和在第二组合器输出处的第二最高有效位。

在控制脉冲中设定适当的导通和截止时间对应于设定适当的边沿量和宽度量的值。这开启了针对以PWM模式驱动实体(例如，一个或多个LED、电机、电源等，如下进一步所述)的构架的模数方法。

在本发明实施例中，信号发生装置还包括：第三组合器，用于在第三组合器输出处提供与上溢量相组合的计数值的最高有效位，该上溢量指示宽度的上限；以及第二逻辑门，连接至第三组合器输出和第一门输出，用于在第二门输出处提供表示控制脉冲的第二逻辑输出信号。该实施例允许为控制脉冲设定最大脉冲宽度。

在本发明的另一实施例中，信号发生装置还包括：反相器，连接至模数计数器，用于将计数值反转；第四组合器，用于在第四组合器输出处提供与第二宽度量相组合的反转计数值，该第二宽度量指示特定周期期间时间间隔的第二宽度；第三逻辑门，连接至第二门输出以接收第二逻辑输出信号，并连接至第四组合器输出以接收与第二宽度量相组合的反转计数值的最高有效位，并且具有用于提供表示控制脉冲的第三逻辑输出信号的第三门输出。该实施例指定了用于在特定周期内预留特定时间窗的实施方式。该特定时间窗可以用于例如在使用控制脉冲驱动LED的情况下执行测量，以执行反馈机制，来依据LED的测量光输出控制LED的驱动电流，从而稳定例如颜色。

在本发明的又一实施例中，信号发生装置包括：功率控制电路，用于产生功率控制信号，以控制针对受控于控制脉冲的物理实体(例如，LED、电机等)的电源。功率控制电路包括：第一装置，用于提供第一中间信号，其中，通过以领先量来修改与边沿量相组合的计数值，产生第一中间信号，该领先量指示在以控制脉冲开启实体之前用于开启电源的时间；第二装置，用于提供第二中间信号，并提供第二功率控制信号，其中，通过以所述领先量来修改与宽度量相组合的计数值，产生第二中间信号；以及第三装置，用于在向第一中间信号的最高有效位和第二中间信号的最高有效位应用逻辑运算的基础上，产生功率控制信号。该实施例通过适时地开启和关闭电源，对设备的功率效率做出了贡献。

在本发明的另一实施例中，设备还在多个周期的序列中每个特定周期期间，使用脉宽调制，向例如多个LED的驱动器提供控制信号。更具体地，电路在多个周期的序列中每个特定周期期间，使用脉宽调制，来产生多个相应的其他控制脉冲。该电路包括连接至计数器的多个其他信号发生装置。这多个其他信号发生装置中每个相应信号发生装置包括：相应的第一组合器，用于在相应的其他第一组合器输出处提供与相应的其他边沿量相组合的计数值，该相应的其他边沿量指示相应的其他控制脉冲的相应的其他边缘相对于当前周期的开始相应的其他偏移；相应的其他第二组合器，用于在相应的其他第二组合器输出处提供与相应的其他宽度量相组合的计数值，该相应的其他宽度量指示相应的其他控制脉冲的相应的其他宽度；以及相应的其他第一逻辑门，接收相应的第一比特值和相应的第二比特值，并在相应的其他第一门输出处提供表示相应控制脉冲的相应的其他第一逻辑输出信号，其中，相应的第一比特值和相应的第二比特值分别指示相应的其他第一组合器输出处的相应的第一最高有效位和相应的其他第二组合器输出处的相应的第二最高有效位。

该实施例使用单个模数计数器和多个信号发生装置来产生要提供给例如多个LED的驱动器的多个控制脉冲。多个信号发生装置中的各个单独装置接收各个控制量(例如，边沿量和宽度量)，以单独地设定各个控制脉冲的定时和长度。

如上所述，可以选择边沿和宽度量，以执行对例如LED等受控实体的期望的导通和截止。如果本发明中的电子设备是要控制一个或多个其他实体(例如LED)，其中每个实体彼此独立地并与首先提及的实体相独立地受控，则可以将同一模数计数器与一个或多个其他信号发生装置一起使用，所述一个或多个其他信号发生装置与上述相似，并接收相应的其他边沿量和相应的其他宽度量。因此，以上参照图4讨论的LED的控制归结为选择适当的边沿和宽度量(以及其他量)，以具有模数的可编程设计，其中，由于使用单个模数计数器，可以精确地固定LED的占空比之间的时间关系。只要从例如单个集成电路(IC)等单个电路驱动LED，使用单个模数计数器就是实际可行的。如果在不同IC(例如第一IC和第二IC)处容纳不同的模数计数器，并且如果在不同IC处产生的脉冲之间建立固定关系，则可以如下进行。由时钟发生器驱动第一IC(主设备)处的模数计数器，由锁相环(PLL)驱动第二IC(从设备)处的模数计数器。主设备处的模数计数器用于在每次计数器达到特定值时(例如，计数器复位时)产生基准信号(例如，同步脉冲)。然后，可以使用同步脉冲控制从设备的PLL，以使操作同步。

当然，可以以专用硬件、或使用适当数据处理器的软件、或使用硬件和软件的组合来实现信号发生装置的组件。依据所需的成本和速度，设计者可以选择合适的途径。

在描述本发明时使用的术语“设备”覆盖所述的电路或者描述为更大实体的组件的电路，例如，与受控于控制脉冲的实体(例如LED)一起的电路。

附图说明

参照附图，通过示例更加具体地说明本发明，附图中：

图1、2和3是示出了驱动多个LED的公知方法的定时图；

图4是示出期望的驱动多个LED的方法的定时图；

图5是本发明中脉冲调制器的第一实施例的框图；

图6和7是示出了图5调制器中信号的定时图；

图8是本发明中脉冲调制器的第二实施例的框图；

图9、10和11是示出了图8调制器中信号的定时图；

图12是本发明中脉冲调制器的第三实施例的框图；

图13是示出了图12调制器中信号的定时图；

图14是本发明中脉冲调制器的第四实施例的框图；

图15是示出了图14调制器中信号的定时图；

图16是本发明中脉冲调制器的第五实施例的框图；

图17是示出了图16调制器中信号的定时图；以及

图18给出了在描述图16调制器时使用的公式。

在所有附图中，类似或对应特征由相同附图标记指示。

具体实施方式

图5是本发明中旋转脉宽调制器的第一实施例500的框图。调制器500包括向下计数器502、加法器504和508、以及异或门510。向下计数器502包括寄存器512和加法器514。加法器514在其第一输入处具有量“负单位一”，在其第二输入处具有寄存器512中存储的值。寄存器512具有N比特的宽度。因此，计数器502可以用于从(2^N-1)向下计数到0。即，计数值“Q”以递归顺序取(2^N-1)与0之间并包括(2^N-1)与0在内的整数值。值0用作基准值，用于在PWM周期内定义特定LED的活跃时间间隔(等同于针对该特定LED的控制脉冲的长度)开始(等同于用于导通该特定LED的关联控制脉冲的前沿)的时间位置。向下计数器502向加法器504和加法器508提供当前计数值Q。加法器504将值L与计数值Q相加。量L表示该特定LED的活跃时间间隔的前沿相对于等于0的Q的基准的时间偏移。该基准可以被视为PWM周期序列中每个PWM周期的起始。加法器508接收值(P+L)。量P表示每个PWM周期中该特定LED的活跃时间间隔的长度或用于控制该特定LED的脉冲的宽度。加法器508将值(P+L)与当前计数值Q相加。量L是N比特宽的。即，L取0到(2^N-1)之间并包括0和(2^N-1)在内的值。量P也可以是N比特宽的。加法器504和508各自均是(N+1)比特宽的，或者换言之，加法器504和508以模数(2^N+1-1)进行操作。即，量(Q+L)可以取0到(2^N+1-1)之间并包括0和(2^N+1-1)在内的值，量(Q+P+L)可以取0到(2^N+1-1)之间并包括0和(2^N+1-1)在内的值。加法器504的输出的最高有效位(MSB)和加法器508的输出的MSB被提供至异或门510的输入。如果输入值相等，异或门510提供逻辑低输出，如果输入值不同，异或门510提供逻辑高输出。

可选地，量P可以设定为等于2^N(由此，L等于0)。这意味着异或门510的输出持续为高。这也隐含了量P比Q和L分别宽一个比特。

异或门510的输出处的逻辑值定义了用于控制相关LED的脉冲。在下一示例中参照图6对此进行说明。

图6是示出了在第一示例的调制器500的操作使用期间出现的量Q、P、L以及它们的组合的多种值的图600。假设计数器502在来自时钟发生器(未示出)的下一时钟脉冲处取下一值。时间图600的单位等于一个这种时钟脉冲。指定以下值：N设定为值4，前沿偏移L设定为2个时钟脉冲的值，脉冲宽度P设定为10个脉冲宽度的值。附图标记602指示在时间向前发展时模数向下计数器502取的值Q。在该示例中，在计数器502取了值0之后，计数器502所取的下一值是(2^N-1)＝15。每次Q取值0时，产生同步信号604。附图标记606和608分别指示了量(Q+L+P)和(Q+L)所取的值。它们的值由Q的当前值确定。量(Q+L+P)的MSB的值由附图标记610指示。量(Q+L)的MSB的值由附图标记612指示。异或门510的结果输出信号由附图标记614指示，该输出信号表示了用于控制相关LED的导通时间和截止时间的脉冲。在本示例中，清楚可见，该脉冲的前沿L相对于每个PWM周期起始而言等于2个时钟脉冲，该脉冲的持续时间或脉冲宽度P等于10个时钟脉冲。

图7是示出了在第二示例的调制器500的操作使用期间出现的量Q、P、L以及它们的组合的多种值的图700。指定以下值：N设定为值4，前沿偏移L设定为12个时钟脉冲的值，脉冲宽度P设定为15个脉冲宽度的值。如在图600中一样，附图标记606和608分别指示了量(Q+L+P)和(Q+L)所取的值。如在图600中一样，量(Q+L+P)的MSB的值由附图标记610指示。如在图600中一样，量(Q+L)的MSB的值由附图标记612指示。异或门510的结果输出信号由附图标记614指示，该输出信号表示了用于控制相关LED的导通时间和截止时间的脉冲。在本示例中，清楚可见，该脉冲的前沿相对于每个PWM周期起始而言等于12个时钟脉冲，该脉冲的持续时间或脉冲宽度P等于15个时钟脉冲。注意，脉冲614现在延展到脉冲614开始于其中的PWM周期的下一PWM周期中。还要注意，图600和700的场景是通过使用量L和P的不同参数值作为至同一调制器的输入而实现的。

图8给出了本发明中调制器的另一实施例800。现在，调制器800支持将脉冲宽度P限制到被称为“DCmax”的预定最大值的特征。这使得能够创建用于发起针对颜色控制的测量步骤的窗，如上参照图2和4中附图标记202-206和402-410所述的。量DCmax等于2^N减去由“Ov”指示的预定上溢。只要P+Ov不大于2^N，通过设定P和L的值，产生的脉冲就不会违反指定条件。调制器800与调制器500类似，但是调制器800还包括加法器802和逻辑与门804，并且加法器508接收量(P+L+Ov)而不是(P+L)，作为输入。加法器802形成量Q与量(2^N-Ov)之和。逻辑与门804接收加法器802的输出和异或门510的输出，并发布信号“out”。

图9和10是用于说明示例中调制器800的特征的图900和1000，其中，量P设定为10，量L设定为2(与图600的示例一样)，并且量DCmax设定为11。因此，量Ov等于5。量[Q+(2^N-Ov)]所取的值由附图标记902指示，加法器802的输出所取的值标记为“max”，由附图标记904指示。在图1000中，指示如下。附图标记602指示在加法器508的输出处量(Q+L+P+Ov)所取的值。附图标记608指示在加法器504的输出处量(Q+L)所取的值。附图标记610和612分别指示量(Q+L+P+Ov)的MSB和量(Q+L)的MSB所取的值。附图标记614指示在异或门510的输出处的脉冲。附图标记1002指示在与门804的输出处的脉冲“out”，该脉冲“out”最终控制LED的导通时间和截止时间。

相应地，具有值11的量“DCmax”掩蔽了脉冲614的一部分1004，从Q＝4到Q＝0并且包括Q＝4和Q＝0。这隐含了脉冲宽度P具有值P＝11。然而，P已被设定为值P＝10。这隐含了当L强制为L＝2时只有9个时钟周期留给P。这里，旋转脉宽调制器800的优点明显可见，因为调制器800在与门804的输出中将脉冲614被掩蔽的部分1004添加至脉冲614的末尾。截短与门804的输出，并将部分1004移至下一PWM周期的开始，即，由于调制器800实施的旋转特征，将部分1004移至了同一周期的开始。注意，前沿偏移L仍然具有值L＝2，并且与门804输出处的脉冲之和仍然是P＝10。

一些应用可能要求将脉冲的后沿设定为DCmax级别，并且通过移动脉冲的前沿来调制脉冲宽度。这可以通过设定前沿偏移L的值为L＝(DCmax-P)，来利用调制器800容易地实现。图11在图1100中示出了该场景，其中量P设定为10，量DCmax设定为DCmax＝11，以及前沿偏移L设定为L＝(DCmax.-P)＝1。附图标记606指示在加法器508的输出处量(Q+L+P+Ov)所取的值。附图标记608指示在加法器504的输出处量(Q+DCmax-P)所取的值。附图标记610指示在加法器508的输出处的MSB所取的值(在本示例中一直为逻辑高)。附图标记612指示在加法器504的输出处的MSB所取的值。附图标记904指示加法器802的输出处的MSB所取的值。附图标记614指示异或门510的输出所取的值。附图标记1002指示与门804的输出处的值。

如上所述，DCmax参数使得能够创建用于发起测量控制脉冲的窗。测量控制脉冲应该以如下方式创建：对于每个PWM周期，同一输出脉冲的各个部分的总宽度仍然等于P。在测量脉冲宽度M与反转Q的值(1-补码)相加的结果的符号位的控制下，创建测量控制脉冲。使用反转Q(指示为“Qinv”)，在周期结尾处创建测量脉冲。然后，由逻辑或功能创建输出。通过从值P中减去测量宽度M来校正总脉冲宽度P。这得到了图中信号“pulse”(在异或门510的输出处)的后沿的向左偏移，图中示出了多种量的值随时间的演化。还可以在保持后沿等于DCmax时校正前沿处的信号“pulse”。则参数L应该由(DCmax-P+M)来替换。从另一角度来看，如果指定了量L、P和M，则由于L指定了后沿，所以M的幅度相对于P的结尾。如果依据DCmax指定L，则通过将前沿偏移增大M，来固定后沿。这样，从后沿取得M的大小。

此外，注意，测量脉冲与同步信号604交叠，即，同步脉冲604在由测量脉冲创建的时隙内发生。

图12是本发明中示出了上述场景的调制器实施例1200的框图。调制器1200包括反相器1202，反相器1202取计数器输出Q的当前值的逻辑补码。实际上，反相器1202的输出表现为似乎该输出是由向上计数器提供的，该向上计数器与向下计数器502配置类似，但是在每个时钟脉冲，由加法器514将量“+1”(而不是“-1”)与当前计数器输出Q相加。调制器1200还包括加法器1204，加法器1204将测量脉冲宽度M的值与反相器1202提供的反转值Qinv相加。然后，将量(Qinv+M)的MSB提供给逻辑或门1206，逻辑或门1206还接收来自与门804的输出。

图13是示出了示例中调制器1200内的相关信号的值的图，在该示例中，P设定为P＝10，DCmax设定为DCmax＝11，M设定为M＝2，以及L设定为L＝DCmax-P+M＝3。上溢Ov是(2^N-DCmax)＝16-11＝5。附图标记606指示加法器508输出处的量(Q+L+P+Ov-M)所取的值，其MSB提供给异或门510。考虑到针对量L的表达式，量(Q+L+P+Ov-M)也可以写为(Q+DCmax+Ov)。附图标记608指示加法器504输出处的量(Q+DCmax-P+M)所取的值，其MSB提供给异或门510。附图标记1302指示量(Qinv+M)所取的值，其MSB由加法器1204提供给逻辑与门1206。附图标记1304指示加法器1204输出处的MSB值，MSB值提供给或门1206。或门1206提供用于控制相关LED的导通时间和截止时间的控制信号。清楚可见，测量脉冲的宽度是从异或门510输出处的信号“pulse”的前沿借来的。

可以加入到本发明中调制器的进一步扩展与调制器的操作使用中的节能模式(PSM)有关。在PSM中，也对为LED供能的电源进行调制，由此在导通LED时开启电源，否则关闭电源。该调制对包括LED和LED控制电路在内的整个电子电路的功率节省做出了贡献。电源的PSM可以由信号“out”控制，即，由也用于控制每个PWM周期LED的导通时间和截止时间的同一信号来控制。然而，实际中，电源在开启之后需要一定时间来进行设置。类似地，当关闭时，电源需要一定时间来完全停息。这些属性要求在节能与控制电源的开启/关闭占空比之间折衷的开关特性。实现这种开关特性的一种方法是使用异或门510输出处的信号“pulse”来控制电源，并修改该信号以便以B个时钟脉冲的时间段领先在LED导通之前。即，在LED导通之前的B个时钟脉冲处，开启电源。在PWM周期中LED最可能导通的那个部分期间，信号“power on”有效。

如果LED的强度相对较低，即，如果相比于PWM周期的长度，量P较小，则这种节能特征非常有吸引力。

图14是本发明中实施该PSM特征的调制器1400的框图。调制器1400包括加法器1402、加法器1404和另一异或门1406。加法器1402形成量(Q+DCmax-P+M-B)。加法器1404形成量(Q+P+L+Ov-M+B)。这些量中每一个的MSB均提供给异或门1406，异或门1406在其输出处提供针对电源的控制信号“Pon”。

图15是示出了调制器1400中相关量的产生的图1500。注意，由于加法器1402、1404和异或门1406与调制器1200的组件并行操作，所以这些量的子集采取与图1300所示值相同的值。图1500示出了利用测量脉冲开启的节能特征，该脉冲的后沿设定为DCmax。信号“Pon”所取的值由附图标记1502指示。产生信号“Pon”，使得每个PWM周期中信号“Pon”只开启和关闭一次。这是电源节能与开启时间之间的良好折衷。由于信号“pulse”的后沿以DCmax发生，所以可以假设“pulse”的后沿与测量脉冲的前沿之间的时间段的持续时间较短。如果没有以DCmax设定信号“pulse”的后沿，并且如果LED不是以低强度操作，则在脉冲的前沿偏移设定为相对于PWM周期长度而言较小的值或者甚至为0的情况下，图14和15所示方法的效率不高。

图16给出了本发明中调制器另一实施例1600，示出了另一方法，以在LED的控制脉冲的前沿偏移L较小情况下实施高效的PSM。调制器1600使用与如上所述调制器1400的电路相同的电路。然而，定义输入参数，使得将电源在测量脉冲之前较早地开启，并保持开启，直到信号“pulse”的后沿。

图17是示出了调制器1600中多种信号的值的图1700，具有PSM、测量窗和前沿控制。在所示示例中，P设定为P＝9，M设定为M＝1，L设定为L＝2，B设定为B＝1，并且DCmax设定为DCmax＝16(“无最大值”)。为了计算电源脉冲“Pon”，可以通过将“Pon”的前沿设定为在宽度为M的测量脉冲发生之前的B个时钟脉冲，并将“Pon”的脉冲宽度设定为M、B、L和(P-M)之和(参见图18的公式)，来确定信号“Pon”前沿偏移和“Pon”的宽度。在图1700中，附图标记1702和1704分别指示加法器1404的输出信号和加法器1402的输出信号所取的值。附图标记1706和1708分别指示加法器1404输出处的MSB的值以及加法器1402的输出处的MSB的值。

使用向下计数器示出了上述实施例。可以在注意合适的符号和逻辑运算的情况下，使用向上计数器实现类似方法。

本发明实施例500示出了在预先指定前沿偏移幅度L和脉冲宽度幅度P的组合的基础上对控制脉冲的占空比控制。实施例800示出了利用了对前沿偏移幅度L、脉冲宽度幅度P和经由上溢幅度Ov的最大脉冲宽度的组合进行预先指定的占空比控制。实施例1200示出了利用了对前沿偏移幅度L、脉冲宽度幅度P、经由上溢幅度Ov的最大脉冲宽度、以及测量时间窗幅度M的组合进行预先指定的占空比控制。实施例1400示出了利用了对前沿偏移幅度L、脉冲宽度幅度P、最大脉冲宽度DCmax、测量时间窗幅度M以及通过预先指定幅度B的电源的控制的组合进行预先指定的占空比控制。清楚可见，在本发明中，可以使用上述量的其他组合来控制脉冲产生。例如，实施例1400的电源控制特征也可以用作对于其他实施例的可选项目。作为另一示例，可以在上述实施例中通过保持后沿等于DCmax，并且用量(DCmax-P)替换量L，来在前沿处控制控制脉冲。

在驱动LED的情况下示出了本发明的上述实施例。如前所述，PWM是用于控制信号、电源或其他设备的占空比的公知技术。本发明使得能够实现对PWM方案进行编程的简单方法。除了驱动LED，本发明也可以应用于例如控制三相电机等电机。使用PWM，可以控制这种电机的占空比，并且由此能够控制电机的功率。由电机中相的数目(这里，数目为3)确定前沿的偏移。PWM控制通道(即，每个PWM周期中控制脉冲)各自具有自己的单独设定的前沿偏移。本发明的另一应用在于例如控制多缸内燃机引擎的燃油喷射。每个气缸依据气缸活塞的相位相对于其他活塞的相位，周期性地接收一定量的燃油。本发明使得能够产生用于逐个气缸地控制喷射过程的控制脉冲，通过在测量和反馈机制的控制下简单地设定控制脉冲的宽度P和前沿L的相关参数值，控制脉冲的宽度P和前沿L可以随引擎的曲轴的一次旋转到下一次旋转而发生变化。同样，可以使用单个计数器来产生每个旋转周期的脉冲，以便为各个气缸相对于彼此而精确地定位脉冲。计数器本身可以由曲轴的实际角速度来控制，以便在每次旋转具有固定个数的计数值。

依据例如所需速度和成本，调制器500、800、1200、1400和1600中的计数器、逻辑门、加法器和反相器可以以硬件或以软件或以它们组合的形式实现。调制器500、800、1200、1400和1600可以作为独立设备而提供，或者可以提供为功能性地与微控制器集成在一起。

Claims

1.一种电子设备，具有在多个周期的序列中每个特定周期期间使用脉宽调制来产生控制脉冲的电路，该电路包括：

-模数计数器(502)，该模数计数器的计数值在经过了所述特定周期之后被复位到预定值；以及

-连接至模数计数器的信号发生装置，包括：

-第一组合器(504)，用于在第一组合器输出处提供与边沿量相组合的计数值，该边沿量指示控制脉冲的沿相对于当前周期的开始的偏移；

-第二组合器(508)，用于在第二组合器输出处提供与宽度量相组合的计数值，该宽度量指示控制脉冲的宽度；以及

-第一逻辑门(510)，接收第一和第二比特值，并在第一逻辑门输出处提供表示控制脉冲的第一逻辑输出信号，其中第一和第二比特值分别指示在第一组合器输出处的第一最高有效位和在第二组合器输出处的第二最高有效位。

2.一种电子设备，具有在多个周期的序列中每个特定周期期间使用脉宽调制来产生控制脉冲的电路，该电路包括：

-连接至模数计数器的信号发生装置，包括：

-第一逻辑门(510)，接收第一和第二比特值，并在第一逻辑门输出处提供第一逻辑输出信号，其中第一和第二比特值分别指示在第一组合器输出处的第一最高有效位和在第二组合器输出处的第二最高有效位；

-第三组合器(802)，用于在第三组合器输出处提供与上溢量相组合的计数值的最高有效位，该上溢量指示控制脉冲的宽度的上限；以及

-第二逻辑门(804)，连接至第三组合器输出和第一逻辑门输出，用于在第二逻辑门输出处提供表示控制脉冲的第二逻辑输出信号。

3.一种电子设备，具有在多个周期的序列中每个特定周期期间使用脉宽调制来产生控制脉冲的电路，该电路包括：

-连接至模数计数器的信号发生装置，包括：

-第二逻辑门(804)，连接至第三组合器输出和第一逻辑门输出，用于在第二逻辑门输出处提供第二逻辑输出信号；

-反相器(1202)，连接至模数计数器，用于将计数值反转；

-第四组合器(1204)，用于在第四组合器输出处提供与第二宽度量相组合的反转计数值，该第二宽度量指示特定周期期间时间间隔的第二宽度；

-第三逻辑门(1206)，连接至第二逻辑门输出以接收第二逻辑输出信号，并连接至第四组合器输出以接收与第二宽度量相组合的反转计数值的最高有效位，并且具有第三逻辑门输出，所述第三逻辑门输出用于提供表示控制脉冲的第三逻辑输出信号。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，信号发生装置还包括：功率控制电路，用于产生第一功率控制信号，以控制针对受控于控制脉冲的物理实体的电源，功率控制电路包括：

-第一装置(1404)，用于提供第一中间信号，其中，通过以领先量来修改与边沿量相组合的计数值，产生第一中间信号，该领先量指示在控制脉冲进行开启之前用于开启电源的时间；

-第二装置(1402)，用于提供第二中间信号，并提供第二功率控制信号，其中，通过以所述领先量来修改与宽度量相组合的计数值，产生第二中间信号；以及

-第三装置(1406)，用于在向第一中间信号的最高有效位和第二中间信号的最高有效位应用逻辑运算的基础上，产生第一功率控制信号。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电路在所述多个周期的序列中每个特定周期期间，使用脉宽调制，来产生多个相应的其他控制脉冲，

所述电路包括：

-连接至模数计数器的多个其他信号发生装置，所述多个其他信号发生装置中每个相应的信号发生装置包括：

-相应的其他第一组合器(504)，用于在相应的其他第一组合器的输出处提供与相应的其他边沿量相组合的计数值，该相应的其他边沿量指示相应的其他控制脉冲的相应的其他边缘相对于当前周期的开始的相应的其他偏移；

-相应的其他第二组合器(508)，用于在相应的其他第二组合器的输出处提供与相应的其他宽度量相组合的计数值，该相应的其他宽度量指示相应的其他控制脉冲的相应的其他宽度；以及

-相应的其他第一逻辑门(510)，接收相应的第一比特值和相应的第二比特值，并在该相应的其他第一逻辑门的输出处提供表示相应的其他控制脉冲的相应的其他第一逻辑输出信号，其中，相应的第一比特值和相应的第二比特值分别指示相应的其他第一组合器输出处的相应的第一最高有效位和相应的其他第二组合器输出处的相应的第二最高有效位。