專利名稱：發(fā)光二極管驅(qū)動及調(diào)光的方法和裝置、以及照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域，尤其涉及對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的方法和裝置、對發(fā)光二極管進行調(diào)光的方法和裝置、包括對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置的照明系統(tǒng)、以及包括對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著利用發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode，簡稱LED)芯片和封裝進行照明的流明效率不斷提高，包括用于通用照明的LED的固態(tài)照明(Solid-State Lighting，簡稱SSL)成為重要的應(yīng)用。因為標(biāo)準(zhǔn)的IW發(fā)光二極管通常在約3. 3V和約350mA下工作， 所以對于大多數(shù)應(yīng)用，需要電子驅(qū)動器來對發(fā)光二極管電流進行調(diào)制。諸如降壓轉(zhuǎn)換器 (buckconverter)、回掃轉(zhuǎn)換器或其他步降拓?fù)?stepping down topology)的轉(zhuǎn)換器的高頻功率電子轉(zhuǎn)換器常用于這些電子驅(qū)動器中。對于功率電子轉(zhuǎn)換器，脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡稱PWM)是一種可以調(diào)節(jié)功率開關(guān)(例如，功率半導(dǎo)體器件)的傳導(dǎo)脈寬從而控制發(fā)送到負(fù)載的功率大小的技術(shù)?？梢杂弥付ǖ目刂破骷呻娐?integrated circuit，簡稱IC)芯片或用某些微控制器來實現(xiàn)脈寬調(diào)制控制。在大多數(shù)具有脈寬調(diào)制控制的電子轉(zhuǎn)換器中，開關(guān)頻率是固定的。 使用固定開關(guān)頻率的一個問題是，基頻的整數(shù)倍處的功率譜的高諧波干擾。由于從外部源發(fā)射的電磁傳導(dǎo)或電磁輻射，電磁干擾(Electromagnetic interference,簡稱 EMI)，即所謂的射頻干擾(radiofrequency interference,簡稱 RFI)， 是影響其他電路的干擾。對于所有商用/家用照明產(chǎn)品的包括電磁干擾的電子產(chǎn)品，都有各自的技術(shù)要求。不同的國家或區(qū)域?qū)﹄姶鸥蓴_有其自己的規(guī)定，這意味著這些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的頻率的諧波應(yīng)當(dāng)不高于特定頻率范圍中所需要的高頻諧波。為了限制電磁干擾對環(huán)境或?qū)涣骶€(AC line)的影響，在一些應(yīng)用中需要輸入濾波器電路來降低高頻諧波，這將增加系統(tǒng)成本并增大系統(tǒng)尺寸。脈寬調(diào)制控制可以用在固態(tài)照明中，用于調(diào)制發(fā)光二極管的電流和/或進行調(diào)光控制(dimming control) 0具體地，可以有兩個級別的脈寬調(diào)制控制。第一級別是通過對功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)進行控制以獲得恒定發(fā)光二極管驅(qū)動電流，其中開關(guān)頻率可以從 40kHz到大于IMHz。第二級別脈寬調(diào)制控制是通過接通或斷開整個轉(zhuǎn)換器和發(fā)光二極管來調(diào)光，其中頻率通常從150Hz到大約400Hz。第二級別脈寬調(diào)制控制的頻率范圍可以有助于消除人眼的閃爍印象。固定頻率的第二級別的脈寬調(diào)制控制的一個問題是引起高諧波干擾，另一問題是，對于一些具有固定記錄頻率的攝像機而言，固定頻率調(diào)整將導(dǎo)致所記錄的視頻中的閃爍。通過濾波器電路(例如，串聯(lián)連接的電感器或并聯(lián)連接的電容器)可以抑制電磁傳導(dǎo)干擾。對于具有集成電子驅(qū)動器的光源來說，這是最常用的解決方案。然而，輸入濾波器電路將增加系統(tǒng)成本并增大電路尺寸。對于一些具有脈寬調(diào)制控制的功率電子應(yīng)用，諸如電子機器驅(qū)動器或開關(guān)模式電源，使用隨機脈寬調(diào)制(Random Pulse WidthModulation,簡稱RPWM)以將電磁干擾能量分布到較寬的頻帶，以減小諧波幅度和噪聲 (Analysis and synthesis of randomized modulation schemes for powerconverters. Stankovic, A.M. ；Verghese, G. Ε. ；Perreault, D. J. ；PowerElectronics, IEEE transactions on Volume 10，Issue 6, Nov. 1995Page(s) :680-69 。對于發(fā)光二極管照明，由于大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計沒有使用微控制器來實現(xiàn)這種復(fù)雜的控制算法，因此驅(qū)動器仍在固定開關(guān)頻率下工作。隨著發(fā)光二極管照明系統(tǒng)的瓦特數(shù)增加并隨著調(diào)光功能的集成，對于電子設(shè)計來說，噪聲和電磁干擾變得越來越重要。但在目前的技術(shù)中，存在電路尺寸較大、電磁干擾高以及發(fā)光二極管的閃爍的問題。圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性發(fā)光二極管驅(qū)動電路的電路圖。如圖1所示， 發(fā)光二極管驅(qū)動電路中包括電容C、續(xù)流二極管(free Wheeldi0de)FWD、電感L、發(fā)光二極管(或發(fā)光二極管串)LED、以及功率開關(guān)PSW。這些元件的具體連接關(guān)系見圖1。當(dāng)功率開關(guān)PSW接通時，發(fā)光二極管串LED與電感L和功率開關(guān)PSW串聯(lián)連接。當(dāng)功率開關(guān)PSW斷開時，續(xù)流二極管FWD將接通以使電感電流通過。通過調(diào)制功率開關(guān)PSW的占空比，可以控制發(fā)光二極管串LED的電流。電路的開關(guān)頻率將從40kHz到大于1MHz。對于具有固定開關(guān)頻率的電路來說，脈寬調(diào)制驅(qū)動信號在圖2中示出和發(fā)光二極管電流的波形在圖3中示出ο圖4是示出在圖2所示的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的控制下的輸出電壓和頻率之間的關(guān)系的圖表。如圖4所示，在基頻的整數(shù)倍處出現(xiàn)諧波。對于脈寬調(diào)制調(diào)光，占空比控制處于從150Hz到約400Hz的低頻范圍內(nèi)。功率開關(guān)仍在kHz到MHz的范圍的高頻處進行操作，而整個驅(qū)動電路在低頻下接通和斷開。圖5 中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的利用脈寬調(diào)制調(diào)光進行的模擬發(fā)光二極管驅(qū)動電流波形。因此，鑒于上述技術(shù)問題，期望提供一種能夠減小電路尺寸、能夠減低電磁干擾、 減小發(fā)光二極管的閃爍的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念， 以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。本發(fā)明的一個主要目的在于，提供對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的方法和裝置、對發(fā)光二極管進行調(diào)光的方法和裝置、包括對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置的照明系統(tǒng)、以及包括對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置的照明系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的方法，其中，發(fā)光二極管連接至功率開關(guān)。該方法包括根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和預(yù)定工作電流來確定用于控制功率開關(guān)的脈沖序列的占空比；根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列；以及通過脈沖序列來控制功率開關(guān)的開關(guān)操作，從而對發(fā)光二極管進行驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種對發(fā)光二極管進行調(diào)光的方法，其中，發(fā)光二極管連接至功率開關(guān)。該方法包括根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和期望亮度來確定用于控制功率開關(guān)的脈沖序列的占空比；根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列；以及通過脈沖序列來控制功率開關(guān)的開關(guān)操作，從而將發(fā)光二
極管調(diào)光至期望亮度。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置。該裝置包括驅(qū)動占空比確定模塊，用于根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和預(yù)定工作電流來確定占空比； 驅(qū)動脈沖序列生成模塊，用于根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列；以及驅(qū)動功率開關(guān)，該驅(qū)動功率開關(guān)連接至發(fā)光二極管，并用于在脈沖序列的控制下進行開關(guān)操作，從而對發(fā)光二極管進行驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置。該裝置包括調(diào)光占空比確定模塊，用于根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和期望亮度來確定占空比；調(diào)光脈沖序列生成模塊，用于根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列；以及調(diào)光功率開關(guān)，該調(diào)光功率開關(guān)連接至發(fā)光二極管，并用于在脈沖序列的控制下進行開關(guān)操作，從而將發(fā)光二極管調(diào)光至期望亮度。根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括發(fā)光二極管和對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置。根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括發(fā)光二極管和對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置。通過本發(fā)明，可以降低電磁干擾，并可以減小發(fā)光二極管的閃爍。


參照下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性發(fā)光二極管驅(qū)動電路的電路圖；圖2是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的圖表；圖3是示出在圖2所示的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的控制下的電流和時間的關(guān)系曲線圖；圖4是示出在圖2所示的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的控制下的輸出電壓的傅立葉變換的圖表；圖5是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的利用脈寬調(diào)制調(diào)光進行的模擬發(fā)光二極管驅(qū)動電流波形圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對二極管進行驅(qū)動的方法的流程圖；圖7是示出根據(jù)一個實例的使用隨機周期調(diào)制的脈沖信號對二極管進行驅(qū)動的方法的流程圖；圖8是示出根據(jù)圖7的實例的使用隨機周期調(diào)制的脈沖信號和時間的關(guān)系的曲線圖；圖9是示出根據(jù)圖7的實例的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的電壓和時間之間的關(guān)系的曲線圖；圖10是示出根據(jù)圖7的實例的發(fā)光二極管的電流波形的曲線圖11是示出根據(jù)圖7的實例的電壓和頻率之間的關(guān)系的曲線圖；圖12是示出根據(jù)另一個實例的使用隨機脈沖位置的脈沖信號對二極管進行驅(qū)動的方法的流程圖；圖13是示出根據(jù)圖12的實例的使用隨機脈沖位置的脈沖信號和時間的關(guān)系的曲線圖；圖14是示出根據(jù)圖12的實例的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號的電壓和時間之間的關(guān)系的曲線圖；圖15是示出根據(jù)圖12的實例的發(fā)光二極管的電流波形的曲線圖；圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的對二極管進行調(diào)光的方法的流程圖；圖17是示出根據(jù)一個實例的對二極管進行調(diào)光的方法的電流波形圖；圖18是示出根據(jù)一個實例的使用隨機周期調(diào)制的脈沖信號對二極管進行調(diào)光的方法的流程圖；圖19是示出根據(jù)另一個實例的使用隨機脈沖位置的脈沖信號對二極管進行調(diào)光的方法的流程圖；圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置的框圖；圖21是示出根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置的框圖；圖22是示出包括圖18的裝置的照明系統(tǒng)的框圖；圖23是示出包括圖19的裝置的照明系統(tǒng)的框圖；圖M是示出可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實施例的硬件和軟件的一個實例的電路圖；圖25是示出可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實施例的硬件和軟件的又一個實例的電路圖；以及圖沈是示出可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實施例的硬件和軟件的再一個實例的電路圖。
具體實施例方式下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。以下參照圖6來描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的對二極管進行驅(qū)動的方法。其中，發(fā)光二極管可以通過各種方式連接至功率開關(guān)(例如，功率半導(dǎo)體器件以及本技術(shù)領(lǐng)域常用的其他適當(dāng)?shù)墓β书_關(guān))。如圖6所示，在步驟602中，可以根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和預(yù)定工作電流來確定用于控制功率開關(guān)的脈沖序列的占空比。在步驟604中，根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列。在步驟606中，通過脈沖序列來控制功率開關(guān)的開關(guān)操作，從而對發(fā)光二極管進行驅(qū)動。具體地，在步驟602中，可以對發(fā)光二極管的當(dāng)前電流進行采樣，對采樣到的當(dāng)前電流與預(yù)定工作電流進行比較，根據(jù)比較結(jié)果來計算用于控制功率開關(guān)的脈沖序列的占空比。如果比較結(jié)果表示采樣到的當(dāng)前電流高于預(yù)定工作電流，則可以減小占空比。如果比較結(jié)果表示采樣到的當(dāng)前電流低于預(yù)定工作電流，則可以增大占空比。在步驟604中，可以生成隨機數(shù)序列和隨機數(shù)序列；根據(jù)隨機數(shù)序列來生成周期序列；根據(jù)隨機數(shù)序列來生成脈沖位置序列；以及生成具有占空比并具有周期序列和/或脈沖位置序列的脈沖序列?？蛇x地，與周期序列相應(yīng)的隨機頻率序列可以處于40kHz至IMHz的范圍內(nèi)。具體地，由于當(dāng)今大多數(shù)的發(fā)光二極管驅(qū)動器都是利用脈寬調(diào)制集成電路(IC) 控制器來設(shè)計的，所以可以由這些IC控制器對發(fā)光二極管驅(qū)動電流進行采樣并在所集成的比較器中對采樣得到的信號與參考值進行比較，以生成脈寬調(diào)制驅(qū)動信號。如果電流信號低于參考值，則IC控制器將增大脈寬調(diào)制輸出的占空比。如果電流信號高于參考值，則 IC控制器將減小脈寬調(diào)制輸出的占空比。以該方式，該電路將獲得恒定的發(fā)光二極管驅(qū)動電流(即，工作電流)。其中，參考值可以基于需要的發(fā)光二極管的驅(qū)動電流來設(shè)置。當(dāng)具有IC控制器的發(fā)光二極管驅(qū)動器電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，對該電路進行重復(fù)操作，功率電子器件的開關(guān)頻率固定。為了實現(xiàn)隨機脈寬調(diào)制，可以通過微控制器或微程序控制單元(Micro-programmed control unit，簡稱MCU)使用隨機算法。以下參照圖7來描述根據(jù)一個實例的使用隨機周期調(diào)制的脈沖信號對二極管進行驅(qū)動的方法。如圖7所示，首先驅(qū)動控制循環(huán)開始。然后，在步驟702中，對發(fā)光二極管的電流進行采樣，以得到與發(fā)光二極管的當(dāng)前電流相應(yīng)的信號。在步驟704中，根據(jù)采樣到的信號和預(yù)先存儲的參考值進行比較，然后，根據(jù)比較結(jié)果計算占空比d。其中，參考值是基于發(fā)光二極管的工作電流來確定的。在步驟706中，產(chǎn)生隨機數(shù)序列，并根據(jù)隨機數(shù)序列來計算隨機周期序列。在步驟708中，根據(jù)所計算出的隨機周期序列和脈寬來設(shè)置脈寬調(diào)制發(fā)生器， 使得脈沖調(diào)制發(fā)生器產(chǎn)生脈沖序列，其中，脈寬為占空比與周期之積。然后，利用該脈沖序列對發(fā)光二極管進行驅(qū)動，以使發(fā)光二極管的電流達(dá)到工作電流。該驅(qū)動控制循環(huán)結(jié)束。圖8是示出根據(jù)圖7的實例的使用隨機周期調(diào)制的脈沖信號和時間的關(guān)系的曲線圖。如圖8所示，對于發(fā)光二極管驅(qū)動電路的的開關(guān)循環(huán)來說，變量可以包括周期Tk， 脈沖中心的位置P女Tk，以及脈寬d * Tko因為通過驅(qū)動電流要求來確定占空比，并且占空比不能改變，所以可以將隨機性應(yīng)用于周期Tk或脈沖中心的位置ρ女Tk，以實現(xiàn)隨機的脈寬調(diào)制驅(qū)動。在圖8中，Tk到Tk+1是每個驅(qū)動控制循環(huán)的周期時間。在驅(qū)動控制循環(huán)開始之前， MCU控制器將生成具有特定范圍的隨機周期時間Trand。m，然后將該隨機周期時間應(yīng)用于固定周期Ttl，例如，Tk = Trandrail+!^通過設(shè)置占空比和脈沖位置，將生成具有隨機周期的脈寬調(diào)制信號。脈沖的位置通常位于控制周期的中心，這是因為這易于利用集成的脈寬調(diào)制發(fā)生器、具有參考值的比較器和鋸齒計數(shù)器來實現(xiàn)。在圖8中，占空比為50%。實際上，占空比的大小不局限于50%，在其他的具體應(yīng)用場景中，占空比可以取其他適當(dāng)?shù)闹?。如果該隨機的周期脈寬調(diào)制應(yīng)用于照明電路(例如，圖1所示的電路)，則輸出電壓如圖9所示，而發(fā)光二極管電流如圖10所示。不同驅(qū)動控制循環(huán)的周期已被MCU控制器隨機化。同時，保持恒定的占空比可以實現(xiàn)對發(fā)光二極管驅(qū)動的恒定平均電流控制。以該方式，圖4中的單獨的譜線可以改為具有較低幅度的連續(xù)譜線，如圖11所示。這是用于降低高功率發(fā)光二極管驅(qū)動器電路中的諧波的有效方法。對于具有MCU的發(fā)光二極管驅(qū)動電路來說，這是降低濾波器成本或減小驅(qū)動器尺寸的節(jié)省成本的方法。以下參照圖12來描述根據(jù)另一個實例的使用隨機脈沖位置的脈沖信號對二極管進行驅(qū)動的方法。如圖12所示，首先驅(qū)動控制循環(huán)開始。然后，在步驟1202中，對發(fā)光二極管的電流進行采樣，以得到與發(fā)光二極管的當(dāng)前電流相應(yīng)的信號。在步驟1204中，根據(jù)采樣到的信號和預(yù)先存儲的參考值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果計算占空比d。其中，參考值可以基于發(fā)光二極管的工作電流來確定。在步驟1206中，產(chǎn)生隨機數(shù)序列，并根據(jù)隨機數(shù)序列來計算隨機脈沖位置序列。在步驟1208中，根據(jù)所計算出的隨機脈沖位置序列和脈寬和周期來設(shè)置脈寬調(diào)制發(fā)生器，使得脈沖調(diào)制發(fā)生器產(chǎn)生脈沖序列，其中，脈寬為占空比與周期之積。然后，利用該脈沖序列對發(fā)光二極管進行驅(qū)動，以使發(fā)光二極管的電流達(dá)到工作電流。該驅(qū)動控制循環(huán)結(jié)束。具體地，該方法可以通過使開關(guān)頻率固定并改變每個驅(qū)動控制循環(huán)中的脈沖位置來實現(xiàn)。通過使脈沖位置P * Tk隨機化，可以使電路中的諧波的功率譜呈分布式。隨機脈沖位置脈寬調(diào)制的電流波形在圖15中示出。使用該方法的輸出電壓的傅里葉變換類似于圖11中所示的隨機周期脈寬調(diào)制方法的傅里葉變換，此處不再詳細(xì)描述。以下參照圖16來描述根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的對二極管進行調(diào)光的方法。 其中，發(fā)光二極管可以通過各種方式連接至功率開關(guān)(例如，功率半導(dǎo)體器件以及本領(lǐng)域常用的其他適當(dāng)?shù)墓β书_關(guān))。如圖16所示，在步驟1602中，可以根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和期望亮度來確定用于控制功率開關(guān)的脈沖序列的占空比。在步驟1604中，可以根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列，在步驟1606中，可以通過脈沖序列來控制功率開關(guān)的開關(guān)操作，從而將發(fā)光二極管調(diào)光至期望亮度。具體地，在步驟1604中，可以生成隨機數(shù)序列和隨機數(shù)序列，根據(jù)隨機數(shù)序列來生成周期序列，根據(jù)隨機數(shù)序列來生成脈沖位置序列，并生成具有占空比并具有周期序列和/或脈沖位置序列的脈沖序列。可選地，與周期序列相對應(yīng)的隨機頻率序列可以處于150Hz至400Hz的范圍內(nèi)。圖17是示出根據(jù)一個實例的對二極管進行調(diào)光的方法的電流波形圖。如圖17所示，用于調(diào)光的隨機脈寬調(diào)制類似于針對發(fā)光二極管驅(qū)動所討論的隨機脈寬調(diào)制。用于進行隨機化的變量可以是周期Tk和脈沖中心的位置ρ * Tk。通常在高頻或射頻范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)高EMI的風(fēng)險。由于調(diào)光控制的頻率通常小于1kHz，因此用于調(diào)光的隨機脈寬調(diào)制不會對電流輸出的諧波或驅(qū)動器的EMI性能造成顯著影響。然而，盡管人眼不會察覺到高于150Hz的閃爍頻率，但是對于一些視頻記錄機來說，采樣頻率可能與調(diào)光頻率相互作用，例如，視頻記錄機所拍攝到的視頻將示出不期望的閃爍或圖像上的移動條。調(diào)光脈寬調(diào)制控制的隨機化可以有助于消除采樣頻率與調(diào)光頻率相互作用。對于發(fā)光二極管驅(qū)動電路的調(diào)光循環(huán)來說，變量可以包括周期T’ k，脈沖中心的位置P’女T’ k，以及脈寬d’ *T’k。因為需要根據(jù)所需亮度和當(dāng)前電流來確定占空比，并且占空比不能改變，所以可以將隨機性應(yīng)用于周期T’ k或脈沖中心的位置ρ’女V k，以實現(xiàn)隨機的脈寬調(diào)制從而進行調(diào)光。以下參照圖18來描述根據(jù)一個實例的使用隨機周期調(diào)制的脈沖信號對二極管進行調(diào)光的方法。如圖18所示，首先調(diào)光控制循環(huán)開始。然后，在步驟1802中，對發(fā)光二極管的電流進行采樣，以得到與發(fā)光二極管的當(dāng)前電流相應(yīng)的信號。在步驟1804中，根據(jù)采樣到的信號和預(yù)先存儲的參考值進行比較，然后，根據(jù)比較結(jié)果計算占空比d。其中，參考值是基于發(fā)光二極管的期望亮度來確定的。在步驟1806中，產(chǎn)生隨機數(shù)序列，并根據(jù)隨機數(shù)序列來計算隨機周期序列。在步驟1808中，根據(jù)所計算出的隨機周期序列和脈寬來設(shè)置脈寬調(diào)制發(fā)生器，使得脈沖調(diào)制發(fā)生器產(chǎn)生脈沖序列，其中，脈寬為占空比與周期之積。然后，利用該脈沖序列對發(fā)光二極管進行調(diào)光，以使發(fā)光二極管的亮度達(dá)到期望亮度。該調(diào)光控制循環(huán)結(jié)束。以下參照圖19來描述根據(jù)另一個實例的使用隨機脈沖位置的脈沖信號對二極管進行調(diào)光的方法。如圖19所示，首先調(diào)光控制循環(huán)開始。然后，在步驟1902中，對發(fā)光二極管的電流進行采樣，以得到與發(fā)光二極管的當(dāng)前電流相應(yīng)的信號。在步驟1904中，根據(jù)采樣到的信號和預(yù)先存儲的參考值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果計算占空比d。其中，參考值可以基于發(fā)光二極管的期望亮度來確定。在步驟1906中，產(chǎn)生隨機數(shù)序列，并根據(jù)隨機數(shù)序列來計算隨機脈沖位置序列。在步驟1908中，根據(jù)所計算出的隨機脈沖位置序列和脈寬和周期來設(shè)置脈寬調(diào)制發(fā)生器，使得脈沖調(diào)制發(fā)生器產(chǎn)生脈沖序列，其中，脈寬為占空比與周期之積。然后，利用該脈沖序列對發(fā)光二極管進行調(diào)光，以使發(fā)光二極管的亮度達(dá)到期望亮度。該調(diào)光控制循環(huán)結(jié)束。以下參照圖20來描述根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置 2000。如圖20所示，對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置2000包括驅(qū)動占空比確定模塊 2002，用于根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和預(yù)定工作電流來確定占空比；驅(qū)動脈沖序列生成模塊2004，用于根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列；以及驅(qū)動功率開關(guān)2006，驅(qū)動功率開關(guān)2006連接至發(fā)光二極管，并用于在脈沖序列的控制下進行開關(guān)操作，從而對發(fā)光二極管進行驅(qū)動。其中，驅(qū)動占空比確定模塊2002可以包括驅(qū)動采樣單元，用于對發(fā)光二極管的當(dāng)前電流進行采樣；驅(qū)動比較單元，用于對采樣到的當(dāng)前電流與預(yù)定工作電流進行比較； 以及驅(qū)動確定單元，用于根據(jù)驅(qū)動比較單元的比較結(jié)果來確定用于控制驅(qū)動功率開關(guān)的脈沖序列的占空比。如果驅(qū)動比較單元的比較結(jié)果表示采樣到的當(dāng)前電流高于預(yù)定工作電流，則驅(qū)動確定單元確定減小占空比。如果驅(qū)動比較單元的比較結(jié)果表示采樣到的當(dāng)前電流低于預(yù)定工作電流，則驅(qū)動確定單元確定增大占空比。驅(qū)動脈沖序列生成模塊2004可以包括驅(qū)動隨機數(shù)生成單元，用于生成隨機數(shù)序列和隨機數(shù)序列；驅(qū)動周期生成單元，用于根據(jù)隨機數(shù)序列來生成周期序列；驅(qū)動脈沖位置生成單元，用于根據(jù)隨機數(shù)序列來生成脈沖位置序列；以及驅(qū)動脈沖序列生成單元，用于
1生成具有占空比并具有周期序列和/或脈沖位置序列的脈沖序列?？蛇x地，與周期序列相應(yīng)的隨機頻率序列處于40kHz至IMHz的范圍內(nèi)。以下參照圖21來描述根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置 2100。如圖21所示，對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置2100包括調(diào)光占空比確定模塊 2102，用于根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和期望亮度來確定占空比；調(diào)光脈沖序列生成模塊 2104，用于根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列；以及調(diào)光功率開關(guān)2106，調(diào)光功率開關(guān)2106連接至發(fā)光二極管，并用于在脈沖序列的控制下進行開關(guān)操作，從而將發(fā)光二極管調(diào)光至期望亮度。調(diào)光脈沖序列生成模塊2104可以包括調(diào)光隨機數(shù)生成單元，用于生成隨機數(shù)序列和隨機數(shù)序列；調(diào)光周期生成單元，用于根據(jù)隨機數(shù)序列來生成周期序列；調(diào)光脈沖位置生成單元，用于根據(jù)隨機數(shù)序列來生成脈沖位置序列；以及調(diào)光脈沖序列生成單元，用于生成具有占空比并具有周期序列和/或脈沖位置序列的脈沖序列?？蛇x地，與周期序列相對應(yīng)的隨機頻率序列處于150Hz至400Hz的范圍內(nèi)。以下參照圖22來描述包括圖20的裝置的照明系統(tǒng)2200。如圖22所示，照明系統(tǒng)2200可以包括發(fā)光二極管2202和對發(fā)光二極管2202進行驅(qū)動的裝置2000。以下參照圖23來描述包括圖21的裝置的照明系統(tǒng)2300。如圖23所示，照明系統(tǒng)2300可以包括發(fā)光二極管2302和對發(fā)光二極管2302進行調(diào)光的裝置2100。圖M至圖沈分別示出了可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實施例的硬件和軟件的實例。圖 24所示的電路包括電感L、續(xù)流二極管FWD、功率開關(guān)PSW、電容C、MCU控制器、以及發(fā)光二極管(可以是發(fā)光二極管串)LED。圖25所示的電路包括電感L、續(xù)流二極管FWD、發(fā)光二極管(或發(fā)光二極管串)LED、功率開關(guān)PSW、電容Cl和C2、以及MCU控制器。圖沈所示的電路包括變壓器、電容Cl和C2、續(xù)流二極管FWD、發(fā)光二極管(或發(fā)光二極管串)LED、功率開關(guān)PSW、以及MCU控制器。可以看出，用于LED驅(qū)動和調(diào)光的隨機脈寬調(diào)制方法可以應(yīng)用于圖23至圖沈所示的電路拓?fù)洹嶋H上，用于LED驅(qū)動和調(diào)光的隨機脈寬調(diào)制方法可以應(yīng)用于的電路拓?fù)洳痪窒抻诖?，而是還可以應(yīng)用于其他適當(dāng)?shù)碾娐吠負(fù)洹４送?，對于發(fā)光二極管照明，可以有不同的應(yīng)用。對于利用脈寬調(diào)制的發(fā)光二極管驅(qū)動來說，開關(guān)頻率在50kHz到大于IMHz的范圍內(nèi)。固定頻率脈寬調(diào)制方法在開關(guān)頻率的整數(shù)倍處具有高諧波干擾，而隨機脈寬調(diào)制方法可以獲得諧波的連續(xù)波譜分布。這可以有助于減低電路中的諧波幅度，從而改善EMI性能以滿足規(guī)定。對于發(fā)光二極管照明電子器件來說，這將有助于降低成本并減小濾波器電路的尺寸。對于利用脈寬調(diào)制和占空比控制來進行的發(fā)光二極管調(diào)光，調(diào)光控制的頻率通常小于1kHz。用于調(diào)光的隨機脈寬調(diào)制將不會對電流輸出的諧波或驅(qū)動器的EMI性能造成顯著影響。盡管人眼不能察覺高于150Hz的閃爍頻率，但對于一些視頻記錄機來說，采樣頻率可以與調(diào)光頻率相互作用，例如，視頻記錄機所拍攝的視頻將示出不期望的閃爍和圖像上的移動條。調(diào)光脈寬調(diào)制控制的隨機化將有助于消除該效果。該隨機算法類似于針對隨機脈寬調(diào)制驅(qū)動所討論的隨機算法。對于具有微控制器的發(fā)光二極管驅(qū)動系統(tǒng)來說，利用隨機脈寬調(diào)制方法不會添加硬件部件或成本。所有的控制功能都可以通過軟件來實現(xiàn)。在本發(fā)明的設(shè)備和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本發(fā)明的等效方案。還需要指出的是，執(zhí)行上述系列處理的步驟可以自然地按照說明的順序按時間順序執(zhí)行，但是并不需要一定按照時間順序執(zhí)行。某些步驟可以并行或彼此獨立地執(zhí)行。同時，在上面對本發(fā)明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。應(yīng)該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了在本發(fā)明的設(shè)備和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本發(fā)明的等效方案。還需要指出的是，執(zhí)行上述系列處理的步驟可以自然地按照說明的順序按時間順序執(zhí)行，但是并不需要一定按照時間順序執(zhí)行。某些步驟可以并行或彼此獨立地執(zhí)行。同時，在上面對本發(fā)明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。應(yīng)該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。雖然已經(jīng)詳細(xì)說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此的相應(yīng)實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此的相應(yīng)實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
權(quán)利要求
1.一種對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的方法，所述發(fā)光二極管連接至功率開關(guān)，所述方法包括根據(jù)所述發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和預(yù)定工作電流來確定用于控制所述功率開關(guān)的脈沖序列的占空比；根據(jù)所述占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成所述脈沖序列；以及通過所述脈沖序列來控制所述功率開關(guān)的開關(guān)操作，從而對所述發(fā)光二極管進行驅(qū)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和預(yù)定工作電流來確定用于控制所述功率開關(guān)的脈沖序列的占空比的步驟包括對所述發(fā)光二極管的所述當(dāng)前電流進行采樣；對采樣到的當(dāng)前電流與所述預(yù)定工作電流進行比較；以及根據(jù)比較結(jié)果來計算用于控制所述功率開關(guān)的脈沖序列的占空比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，根據(jù)比較結(jié)果來確定用于控制所述功率開關(guān)的脈沖序列的占空比的步驟包括如果所述比較結(jié)果表示所述采樣到的當(dāng)前電流高于所述預(yù)定工作電流，則減小所述占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，根據(jù)比較結(jié)果來確定用于控制所述功率開關(guān)的脈沖序列的占空比的步驟包括如果所述比較結(jié)果表示所述采樣到的當(dāng)前電流低于所述預(yù)定工作電流，則增大所述占空比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所述占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成所述脈沖序列的步驟包括生成隨機數(shù)序列和隨機數(shù)序列；根據(jù)所述隨機數(shù)序列來生成所述周期序列；根據(jù)所述隨機數(shù)序列來生成所述脈沖位置序列；以及生成具有所述占空比并具有所述周期序列和/或所述脈沖位置序列的所述脈沖序列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，與所述周期序列相應(yīng)的隨機頻率序列處于40kHz 至IMHz的范圍內(nèi)。
7.一種對發(fā)光二極管進行調(diào)光的方法，其中，所述發(fā)光二極管連接至功率開關(guān)，所述方法包括根據(jù)所述發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和期望亮度來確定用于控制所述功率開關(guān)的脈沖序列的占空比；根據(jù)所述占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成所述脈沖序列；以及通過所述脈沖序列來控制所述功率開關(guān)的開關(guān)操作，從而將所述發(fā)光二極管調(diào)光至所述期望亮度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，根據(jù)所述占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的的脈沖位置序列來生成所述脈沖序列的步驟包括生成隨機數(shù)序列和隨機數(shù)序列；根據(jù)所述隨機數(shù)序列來生成所述周期序列；根據(jù)所述隨機數(shù)序列來生成所述脈沖位置序列；以及生成具有所述占空比并具有所述周期序列和/或所述脈沖位置序列的所述脈沖序列。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，與所述周期序列相對應(yīng)的隨機頻率序列處于 150Hz至400Hz的范圍內(nèi)。
10.一種對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置，包括驅(qū)動占空比確定模塊，用于根據(jù)所述發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和預(yù)定工作電流來確定占空比；驅(qū)動脈沖序列生成模塊，用于根據(jù)所述占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成所述脈沖序列；以及驅(qū)動功率開關(guān)，所述驅(qū)動功率開關(guān)連接至所述發(fā)光二極管，并用于在所述脈沖序列的控制下進行開關(guān)操作，從而對所述發(fā)光二極管進行驅(qū)動。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述驅(qū)動占空比確定模塊包括 驅(qū)動采樣單元，用于對所述發(fā)光二極管的當(dāng)前電流進行采樣；驅(qū)動比較單元，用于對采樣到的當(dāng)前電流與所述預(yù)定工作電流進行比較；以及驅(qū)動確定單元，用于根據(jù)所述驅(qū)動比較單元的比較結(jié)果來確定用于控制所述驅(qū)動功率開關(guān)的脈沖序列的占空比。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，如果所述驅(qū)動比較單元的比較結(jié)果表示所述采樣到的當(dāng)前電流高于所述預(yù)定工作電流，則所述驅(qū)動確定單元確定減小所述占空比。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中，如果所述驅(qū)動比較單元的比較結(jié)果表示所述采樣到的當(dāng)前電流低于所述預(yù)定工作電流，則所述驅(qū)動確定單元確定增大所述占空比。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述驅(qū)動脈沖序列生成模塊包括 驅(qū)動隨機數(shù)生成單元，用于生成隨機數(shù)序列和隨機數(shù)序列；驅(qū)動周期生成單元，用于根據(jù)所述隨機數(shù)序列來生成所述周期序列； 驅(qū)動脈沖位置生成單元，用于根據(jù)所述隨機數(shù)序列來生成所述脈沖位置序列；以及驅(qū)動脈沖序列生成單元，用于生成具有所述占空比并具有所述周期序列和/或所述脈沖位置序列的所述脈沖序列。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，與所述周期序列相應(yīng)的隨機頻率序列處于 40kHz至IMHz的范圍內(nèi)。
16.一種對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置，包括調(diào)光占空比確定模塊，用于根據(jù)所述發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和期望亮度來確定占空比；調(diào)光脈沖序列生成模塊，用于根據(jù)所述占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成所述脈沖序列；以及調(diào)光功率開關(guān)，所述調(diào)光功率開關(guān)連接至所述發(fā)光二極管，并用于在所述脈沖序列的控制下進行開關(guān)操作，從而將所述發(fā)光二極管調(diào)光至所述期望亮度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，所述調(diào)光脈沖序列生成模塊包括 調(diào)光隨機數(shù)生成單元，用于生成隨機數(shù)序列和隨機數(shù)序列；調(diào)光周期生成單元，用于根據(jù)所述隨機數(shù)序列來生成所述周期序列； 調(diào)光脈沖位置生成單元，用于根據(jù)所述隨機數(shù)序列來生成所述脈沖位置序列；以及調(diào)光脈沖序列生成單元，用于生成具有所述占空比并具有所述周期序列和/或所述脈沖位置序列的所述脈沖序列。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，與所述周期序列相對應(yīng)的隨機頻率序列處于 150Hz至400Hz的范圍內(nèi)。
19.一種照明系統(tǒng)，包括發(fā)光二極管和根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項所述的裝置。
20.一種照明系統(tǒng)，包括發(fā)光二極管和根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項所述的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的方法和裝置、對發(fā)光二極管進行調(diào)光的方法和裝置、包括對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的裝置的照明系統(tǒng)、以及包括對發(fā)光二極管進行調(diào)光的裝置的照明系統(tǒng)。對發(fā)光二極管進行驅(qū)動的方法包括根據(jù)發(fā)光二極管的當(dāng)前電流和預(yù)定工作電流來確定用于控制功率開關(guān)的脈沖序列的占空比；根據(jù)占空比并根據(jù)隨機的周期序列和/或隨機的脈沖位置序列來生成脈沖序列；以及通過脈沖序列來控制功率開關(guān)的開關(guān)操作，從而對發(fā)光二極管進行驅(qū)動。其中，發(fā)光二極管連接至功率開關(guān)。通過本發(fā)明，可以降低電磁干擾，并可以減小發(fā)光二極管的閃爍。
文檔編號H05B37/02GK102387627SQ20101027362
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者吳理博, 胡飏 申請人:奧斯蘭姆有限公司