CN112188674A - 一种无频闪的pwm调光控制方法及电路 - Google Patents

一种无频闪的pwm调光控制方法及电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无频闪的PWM调光控制电路，其基准调制模块转化得到的VR信号更加平滑、更加接近模拟信号，从而提高积分环路控制模块的采样精度，积分环路控制模块的精度提高使得驱动模块输出更精确的控制开关单元工作的信号，有效避免了频闪现象的发生。本发明还公开了一种无频闪的PWM调光控制方法，该方法是一种解决PWM调光过程频闪问题的方法，将PWM信号转换成模拟信号，再利用该模拟信号控制环路通断实现调光，从而很好的解决PWM调光频闪的问题。本发明有效地解决现有技术所存在的PWM调光过程中频闪严重，使得人眼视觉疲劳，对造成人眼造成很大伤害的问题，作用效果显著，适于广泛推广。

Description

一种无频闪的PWM调光控制方法及电路
技术领域
本发明涉及LED调光控制技术领域，特别涉及，一种无频闪的PWM调光控制方法及电路。
背景技术
LED照明具有亮度高、效率高、寿命长等优势被广泛采用。随着社会的发展，智能照明逐渐普及，而PWM(Pulse Width Modulation脉宽调制技术)调光成为了智能调光的主要控制方式。
传统的PWM调光芯片是通过直接切波来达到调光的目的(如图1至图5所示)，PWM调光是在LED负载上串联一个MOS开关管，通过调整MOS开关管的通断时长进而改变LED负载的通断时长，来调整LED负载的亮度。这种PWM调光控制比较简单也容易实现，但是由于LED负载反复通断，存在频闪这一明显的缺陷，而频闪会造成人眼视觉疲劳，对人眼有很大的伤害，影响视觉健康。
有鉴于此，需要提供一种有效地解决现有技术所存在的PWM调光过程中频闪严重，使得人眼视觉疲劳，对造成人眼造成很大伤害的问题的PWM控制方法及电路。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种无频闪的PWM调光控制方法及电路，以解决现在技术所存在的PWM调光过程中频闪严重，使得人眼视觉疲劳，对造成人眼造成很大伤害的问题。
本发明提供一种无频闪的PWM调光控制方法，通过电压模块从母线获取电信号，将电信号通过带隙基准模块处理为零温度系数电信号，再通过基准参考模块获取基准信号VREF，具体步骤包括：将PWM_OUT信号和所述基准信号VREF转换为模拟信号，控制环路通断。
优选地，将PWM_OUT信号和所述基准信号VREF转换为模拟信号，控制环路通断的具体步骤包括：
将PWM_OUT信号通过PWM电压转换模块转换为芯片工作所需PWM_IN信号；
所述基准信号VREF调制为占空比与所述PWM_IN信号一致的VR_PWM信号；
所述VR_PWM信号经过积分环路控制模块转换为模拟信号VCOMP作为驱动模块参考值，控制环路通断，其中PWM信号频率大于所述积分环路控制模块频率。
优选地，所述VR_PWM信号滤波后，经过所述积分环路控制模块转换为模拟信号VCOMP。
本发明还提供了一种无频闪的PWM调光控制电路包括整流桥、负载和开关单元，还包括PWM电压转换模块、基准调制模块、积分环路控制模块和驱动模块，其中，所述PWM电压转换模块将PWM_OUT信号转换为芯片所需的PWM_IN信号；所述基准调制模块将基准信号VREF调制为占空比与所述PWM_IN信号一致的VR_PWM信号；所述积分环路控制模块将所述VR_PWM信号经过积分转换为平均直流信号VCOMP；所述驱动模块根据采样信号与平均直流信号VCOMP控制环路通断。
优选地，还包括滤波器，所述滤波器将所述VR_PWM信号初步模拟化，转换为VR信号，用以提高所述积分环路控制模块的采样精度。
优选地，所述PWM电压转换模块包括第一比较器，所述第一比较器根据第一基准信号VREF1将所述PWM_OUT信号转换为所述PWM_IN信号。
优选地，所述基准调制模块包括第一反相器、第二反相器、第一开关单元和第二开关单元，其中，所述第一反相器根据所述PWM_IN信号控制所述第一开关单元的工作；所述第二反相器根据所述PWM_IN信号控制所述第二开关单元的工作；所述第一开关单元控制所述滤波器与电源的通断；所述第二开关单元控制所述滤波器与地线的通断。
优选地，所述积分环路控制模块为模拟积分器或数字积分器。
优选地，所述驱动模块包括第二比较器，所述第二比较器根据所述VCOMP信号和所述负载电信号控制所述开关单元工作。
由上述方案可知，本发明提供的一种无频闪的PWM调光控制电路，与现有技术相比，其基准调制模块转化得到的VR信号更加平滑、更加接近模拟信号，从而提高积分环路控制模块的采样精度，积分环路控制模块的精度提高使得驱动模块输出更精确的控制开关单元工作的信号，有效避免了频闪现象的发生。本发明还提供的一种无频闪的PWM调光控制方法，是一种解决PWM调光过程频闪问题的方法，该方法将PWM信号转换成模拟信号，再利用该模拟信号控制环路通断实现调光，从而可以很好的解决PWM调光频闪的问题。本发明有效地解决现有技术所存在的PWM调光过程中频闪严重，使得人眼视觉疲劳，对造成人眼造成很大伤害的问题，作用效果显著，适于广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为传统PWM调光LED驱动电路的结构框图；
图2为图1所示的传统PWM调光LED驱动电路的工作波形图一；
图3为图1所示的传统PWM调光LED驱动电路的工作波形图二；
图4为图1所示的传统PWM调光LED驱动电路的工作波形图三；
图5为图1所示的传统PWM调光LED驱动电路的工作波形图四；
图6为本发明实施例提供的一种无频闪的PWM调光控制电路的结构框图一；
图7为本发明实施例提供的一种无频闪的PWM调光控制电路的结构框图二；
图8为图7所示的一种无频闪的PWM调光控制电路的工作波形图一；
图9为图7所示的一种无频闪的PWM调光控制电路的工作波形图二；
图10为图7所示的一种无频闪的PWM调光控制电路的工作波形图三；
图11为图7所示的一种无频闪的PWM调光控制电路的工作波形图四；
图12为图7所示的一种无频闪的PWM调光控制电路的工作波形图五；
图13为图7所示的一种无频闪的PWM调光控制电路的工作波形图六；
图14为图7所示的一种无频闪的PWM调光控制电路的工作波形图七。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图6，现对本发明提供的一种无频闪的PWM调光控制电路的一种具体实施方式进行说明。该种无频闪的PWM调光控制电路包括整流桥、负载、基准产生模块和开关单元，还包括PWM电压转换模块、基准调制模块、积分环路控制模块和驱动模块，其中，PWM电压转换模块将PWM_OUT信号转换为芯片所需的PWM_IN信号；基准调制模块将基准信号VREF调制为占空比与PWM_IN信号一致的VR_PWM信号；积分环路控制模块将VR_PWM信号经过积分转换为平均直流信号VCOMP；驱动模块根据采样信号与平均直流信号VCOMP控制环路通断。
基准产生模块产生基准信号VREF，将基准信号VREF传输至基准调制模块，PWM电压转换模块转换得到的PWM_IN信号同样传输至基准调制模块，基准调制模块根据获取的基准信号VREF和PWM_IN信号，输出初步模拟化的VR_PWM信号；VR_PWM信号经过积分环路控制模块转换输出平均直流信号VCOMP，驱动模块根据VCOMP和负载电信号VCS控制开关单元工作，实现对LED的PWM调光。开关单元为MOS管，MOS source端的电流与LED输出电流相等，从而得到LED的电流为ILED＝ICS＝VCOMP/RCS＝D*VREF/RCS，其中，RCS为所述功率开关的电阻，D为占空比，请一并参阅图8至图14，由此可以看出，该电路结构不仅实现PWM调光，更消除了PWM调光中频闪的问题。
与现有技术相比，该种无频闪的PWM调光控制电路的基准调制模块转化得到的VR信号更加平滑、更加接近模拟信号，从而提高积分环路控制模块的采样精度，积分环路控制模块的精度提高使得驱动模块输出更精确的控制开关单元工作的信号，有效避免了频闪现象的发生。该种无频闪的PWM调光控制电路有效地解决现有技术所存在的PWM调光过程中频闪严重，使得人眼视觉疲劳，对造成人眼造成很大伤害的问题。
在本实施例中，该种无频闪的PWM调光控制电路还包括滤波器，基准调制模块接收PWM_IN信号，根据PWM_IN信号的占空比对基准VREF进行调制，并输出一个占空比与PWM信号一致的调制信号VR_PWM，滤波器将VR_PWM信号初步模拟化，转换为VR信号，滤波器作用是将PWM信号初步模拟化，使得信号更加平滑、更加接近模拟信号，用以提高积分环路控制模块的采样精度。
请参阅图7，在本实施例中，基准调制模块包括第一反相器、第二反相器、第一开关单元和第二开关单元，其中，第一反相器根据PWM_IN信号控制第一开关单元的工作；第二反相器根据PWM_IN信号控制第二开关单元的工作；第一开关单元控制滤波器与电源的通断；第二开关单元控制滤波器与地线的通断。
当PWM电压转换模块运放输出为负时，经过第一反相器输出信号为正，第一反相器控制第二开关闭合，经过第二反相器输出为负，第二反相器控制第一开关断开，此时对滤波器进行放电；当PWM电压转换模块运放输出为正时，经过第一反相器输出信号为负，第一反相器控制第二开关断开，经过第二反相器输出为正，第二反相器控制第一开关闭合，此时VREF为滤波器充电。
在本实施例中，积分环路控制模块为模拟积分器或数字积分器。积分环路控制模块的正向输入端接收VR信号，负向输入端获取其输出端电信号，从而形成一个负反馈回路，其带宽通常只有几赫兹或者十几赫兹，而PWM信号的频率一般为500Hz～4K，所以积分环路控制模块的输出VCOMP是VR信号平均值的直流信号，从而形成一个与PWM占空比成线性关系的基准信号VCOMP，即：VCOMP＝D*VREF，其中VREF为基准信号电压。在此，只要能够实现上述积分环路控制模块相关性能作用的均在本申请文件保护的范围之内。
在本实施例中，PWM电压转换模块包括第一比较器，第一比较器根据第一基准信号VREF1将PWM_OUT信号转换为PWM_IN信号。驱动模块包括第二比较器，第二比较器根据VCOMP信号和负载电信号控制开关单元工作。驱动器运作使得其正端等于负端，保证VCOMP＝VCS，其中VCS为开关单元负端的反馈信号，驱动保证VCOMP＝VCS运放使得正端等于负端，运放实时响应。该种无频闪的PWM调光控制电路中的LED负载可以为单一串LED，也可以为多路LED，各种LED负载都可实现PWM调光无频闪的效果。
在本实施例中，基准产生模块包括电压转换单元、带隙基准单元和基准电压单元，其中电压转换单元从母线取电并将母线电压转换为工作电压；带隙基准单元将工作电压转换为零温度系数电压；基准电压单元从零温度系数电压中获取预设参考值。电压转换单元的内部VDD给带隙基准单元供电，产生一个零温度系数的参考电压，进入基准电压单元产生基准信号，基准调制模块叠加PWM电压转换模块输出的PWM_IN和基准信号VREF形成VR_PWM。经过滤波器变成近似的模拟信号，提高调解精度，使其处于积分环路控制模块带宽内，积分环路控制模块作用将其长程平均，使其VCOMP接近，从而实现LED的PWM调光无频闪。
请参阅图6，现对本发明提供的一种无频闪的PWM调光控制方法的一种具体实施方式进行说明。该种无频闪的PWM调光控制方法，通过电压模块从母线获取电信号，将电信号通过带隙基准模块处理为零温度系数电信号，再通过基准参考模块获取基准信号VREF，具体步骤包括：将PWM_OUT信号和基准信号VREF转换为模拟信号，控制环路通断。
将PWM_OUT信号和基准信号VREF转换为模拟信号，控制环路通断的具体步骤包括：将PWM_OUT信号通过PWM电压转换模块转换为芯片工作所需PWM_IN信号；基准信号VREF调制为占空比与PWM_IN信号一致的VR_PWM信号；VR_PWM信号经过积分环路控制模块转换为模拟信号VCOMP作为驱动模块参考值，控制环路通断，其中PWM信号频率大于积分环路控制模块频率。
该种无频闪的PWM调光控制方法将PWM信号转换成模拟信号，再利用该模拟信号控制环路通断实现调光，从而可以很好的解决PWM调光频闪的问题。本发明有效地解决现有技术所存在的PWM调光过程中频闪严重，使得人眼视觉疲劳，对造成人眼造成很大伤害的问题，作用效果显著适于广泛推广。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种无频闪的PWM调光控制方法，通过电压模块从母线获取电信号，将电信号通过带隙基准模块处理为零温度系数电信号，再通过基准参考模块获取基准信号VREF，其特征在于，具体步骤包括：将PWM_OUT信号和所述基准信号VREF转换为模拟信号，控制环路通断。
2.根据权利要求1所述的一种无频闪的PWM调光控制方法，其特征在于，将PWM_OUT信号和所述基准信号VREF转换为模拟信号，控制环路通断的具体步骤包括：
将PWM_OUT信号通过PWM电压转换模块转换为芯片工作所需PWM_IN信号；
所述基准信号VREF调制为占空比与所述PWM_IN信号一致的VR_PWM信号；
所述VR_PWM信号经过积分环路控制模块转换为模拟信号VCOMP作为驱动模块参考值，控制环路通断，其中PWM信号频率大于所述积分环路控制模块频率。
3.根据权利要求2所述的一种无频闪的PWM调光控制方法，其特征在于，所述VR_PWM信号滤波后，经过所述积分环路控制模块转换为模拟信号VCOMP。
4.一种无频闪的PWM调光控制电路，包括整流桥、负载和开关单元，其特征在于，还包括PWM电压转换模块、基准调制模块、积分环路控制模块和驱动模块，其中，所述PWM电压转换模块将PWM_OUT信号转换为芯片所需的PWM_IN信号；所述基准调制模块将基准信号VREF调制为占空比与所述PWM_IN信号一致的VR_PWM信号；所述积分环路控制模块将所述VR_PWM信号经过积分转换为平均直流信号VCOMP；所述驱动模块根据采样信号与平均直流信号VCOMP控制环路通断。
5.根据权利要求4所述的一种无频闪的PWM调光控制电路，其特征在于，还包括滤波器，所述滤波器将所述VR_PWM信号初步模拟化，转换为VR信号，用以提高所述积分环路控制模块的采样精度。
6.根据权利要求5所述的一种无频闪的PWM调光控制电路，其特征在于，所述PWM电压转换模块包括第一比较器，所述第一比较器根据第一基准信号VREF1将所述PWM_OUT信号转换为所述PWM_IN信号。
7.根据权利要求5所述的一种无频闪的PWM调光控制电路，其特征在于，所述基准调制模块包括第一反相器、第二反相器、第一开关单元和第二开关单元，其中，所述第一反相器根据所述PWM_IN信号控制所述第一开关单元的工作；所述第二反相器根据所述PWM_IN信号控制所述第二开关单元的工作；所述第一开关单元控制所述滤波器与电源的通断；所述第二开关单元控制所述滤波器与地线的通断。
8.根据权利要求5所述的一种无频闪的PWM调光控制电路，其特征在于，所述积分环路控制模块为模拟积分器或数字积分器。
9.根据权利要求5所述的一种无频闪的PWM调光控制电路，其特征在于，所述驱动模块包括第二比较器，所述第二比较器根据所述VCOMP信号和所述负载电信号控制所述开关单元工作。
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