发光二极管驱动及调光的方法和装置、以及照明系统.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102387627 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102387627 A *CN102387627A* (21)申请号 201010273623.8 (22)申请日 2010.09.03 H05B 37/02(2006.01) (71)申请人 奥斯兰姆有限公司 地址 德国慕尼黑 (72)发明人 胡飏 吴理博 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 朱胜 陈炜 (54) 发明名称 发光二极管驱动及调光的方法和装置、 以及 照明系统 (57) 摘要 本发明涉及对发光二极管进行驱动的方法和 装置、 对发光二极管进行调光

2、的方法和装置、 包括 对发光二极管进行驱动的装置的照明系统、 以及 包括对发光二极管进行调光的装置的照明系统。 对发光二极管进行驱动的方法包括 ： 根据发光二 极管的当前电流和预定工作电流来确定用于控制 功率开关的脉冲序列的占空比 ； 根据占空比并根 据随机的周期序列和 / 或随机的脉冲位置序列来 生成脉冲序列 ； 以及通过脉冲序列来控制功率开 关的开关操作， 从而对发光二极管进行驱动。其 中， 发光二极管连接至功率开关。通过本发明， 可 以降低电磁干扰， 并可以减小发光二极管的闪烁。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明

3、书 9 页 附图 13 页 CN 102387640 A1/3 页 2 1. 一种对发光二极管进行驱动的方法， 所述发光二极管连接至功率开关， 所述方法包 括 ： 根据所述发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定用于控制所述功率开关的脉 冲序列的占空比 ； 根据所述占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉冲位置序列来生成所述脉冲 序列 ； 以及 通过所述脉冲序列来控制所述功率开关的开关操作， 从而对所述发光二极管进行驱 动。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中， 根据所述发光二极管的当前电流和预定工作电 流来确定用于控制所述功率开关的脉冲序列的占空比的步骤包括 ： 对所述发光二极管

4、的所述当前电流进行采样 ； 对采样到的当前电流与所述预定工作电流进行比较 ； 以及 根据比较结果来计算用于控制所述功率开关的脉冲序列的占空比。 3. 根据权利要求 2 所述的方法， 其中， 根据比较结果来确定用于控制所述功率开关的 脉冲序列的占空比的步骤包括 ： 如果所述比较结果表示所述采样到的当前电流高于所述预定工作电流， 则减小所述占 空比。 4. 根据权利要求 2 所述的方法， 其中， 根据比较结果来确定用于控制所述功率开关的 脉冲序列的占空比的步骤包括 ： 如果所述比较结果表示所述采样到的当前电流低于所述预定工作电流， 则增大所述占 空比。 5.根据权利要求1所述的方法， 其中， 根据

5、所述占空比并根据随机的周期序列和/或随 机的脉冲位置序列来生成所述脉冲序列的步骤包括 ： 生成随机数序列和随机数序列 ； 根据所述随机数序列来生成所述周期序列 ； 根据所述随机数序列来生成所述脉冲位置序列 ； 以及 生成具有所述占空比并具有所述周期序列和 / 或所述脉冲位置序列的所述脉冲序列。 6.根据权利要求1所述的方法， 其中， 与所述周期序列相应的随机频率序列处于40kHz 至 1MHz 的范围内。 7. 一种对发光二极管进行调光的方法， 其中， 所述发光二极管连接至功率开关， 所述方 法包括 ： 根据所述发光二极管的当前电流和期望亮度来确定用于控制所述功率开关的脉冲序 列的占空比 ；

6、根据所述占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉冲位置序列来生成所述脉冲 序列 ； 以及 通过所述脉冲序列来控制所述功率开关的开关操作， 从而将所述发光二极管调光至所 述期望亮度。 8.根据权利要求7所述的方法， 其中， 根据所述占空比并根据随机的周期序列和/或随 机的的脉冲位置序列来生成所述脉冲序列的步骤包括 ： 权 利 要 求 书 CN 102387627 A CN 102387640 A2/3 页 3 生成随机数序列和随机数序列 ； 根据所述随机数序列来生成所述周期序列 ； 根据所述随机数序列来生成所述脉冲位置序列 ； 以及 生成具有所述占空比并具有所述周期序列和 / 或所述脉冲位置

7、序列的所述脉冲序列。 9. 根据权利要求 7 所述的方法， 其中， 与所述周期序列相对应的随机频率序列处于 150Hz 至 400Hz 的范围内。 10. 一种对发光二极管进行驱动的装置， 包括 ： 驱动占空比确定模块， 用于根据所述发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定占 空比 ； 驱动脉冲序列生成模块， 用于根据所述占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉 冲位置序列来生成所述脉冲序列 ； 以及 驱动功率开关， 所述驱动功率开关连接至所述发光二极管， 并用于在所述脉冲序列的 控制下进行开关操作， 从而对所述发光二极管进行驱动。 11. 根据权利要求 10 所述的装置， 其中， 所述驱

8、动占空比确定模块包括 ： 驱动采样单元， 用于对所述发光二极管的当前电流进行采样 ； 驱动比较单元， 用于对采样到的当前电流与所述预定工作电流进行比较 ； 以及 驱动确定单元， 用于根据所述驱动比较单元的比较结果来确定用于控制所述驱动功率 开关的脉冲序列的占空比。 12. 根据权利要求 11 所述的装置， 其中， 如果所述驱动比较单元的比较结果表示所述 采样到的当前电流高于所述预定工作电流， 则所述驱动确定单元确定减小所述占空比。 13. 根据权利要求 11 所述的装置， 其中， 如果所述驱动比较单元的比较结果表示所述 采样到的当前电流低于所述预定工作电流， 则所述驱动确定单元确定增大所述占空

9、比。 14. 根据权利要求 10 所述的装置， 其中， 所述驱动脉冲序列生成模块包括 ： 驱动随机数生成单元， 用于生成随机数序列和随机数序列 ； 驱动周期生成单元， 用于根据所述随机数序列来生成所述周期序列 ； 驱动脉冲位置生成单元， 用于根据所述随机数序列来生成所述脉冲位置序列 ； 以及 驱动脉冲序列生成单元， 用于生成具有所述占空比并具有所述周期序列和 / 或所述脉 冲位置序列的所述脉冲序列。 15. 根据权利要求 10 所述的装置， 其中， 与所述周期序列相应的随机频率序列处于 40kHz 至 1MHz 的范围内。 16. 一种对发光二极管进行调光的装置， 包括 ： 调光占空比确定模块

10、， 用于根据所述发光二极管的当前电流和期望亮度来确定占空 比 ； 调光脉冲序列生成模块， 用于根据所述占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉 冲位置序列来生成所述脉冲序列 ； 以及 调光功率开关， 所述调光功率开关连接至所述发光二极管， 并用于在所述脉冲序列的 控制下进行开关操作， 从而将所述发光二极管调光至所述期望亮度。 17. 根据权利要求 16 所述的装置， 其中， 所述调光脉冲序列生成模块包括 ： 调光随机数生成单元， 用于生成随机数序列和随机数序列 ； 权 利 要 求 书 CN 102387627 A CN 102387640 A3/3 页 4 调光周期生成单元， 用于根据所述

11、随机数序列来生成所述周期序列 ； 调光脉冲位置生成单元， 用于根据所述随机数序列来生成所述脉冲位置序列 ； 以及 调光脉冲序列生成单元， 用于生成具有所述占空比并具有所述周期序列和 / 或所述脉 冲位置序列的所述脉冲序列。 18. 根据权利要求 16 所述的装置， 其中， 与所述周期序列相对应的随机频率序列处于 150Hz 至 400Hz 的范围内。 19. 一种照明系统， 包括发光二极管和根据权利要求 11 至 15 中任一项所述的装置。 20. 一种照明系统， 包括发光二极管和根据权利要求 16 至 18 中任一项所述的装置。 权 利 要 求 书 CN 102387627 A CN 102

12、387640 A1/9 页 5 发光二极管驱动及调光的方法和装置、 以及照明系统 技术领域 0001 本发明涉及照明领域， 尤其涉及对发光二极管进行驱动的方法和装置、 对发光二 极管进行调光的方法和装置、 包括对发光二极管进行驱动的装置的照明系统、 以及包括对 发光二极管进行调光的装置的照明系统。 背景技术 0002 随着利用发光二极管 (Light-Emitting Diode， 简称 LED) 芯片和封装进行照明 的流明效率不断提高， 包括用于通用照明的 LED 的固态照明 (Solid-State Lighting， 简 称 SSL) 成为重要的应用。因为标准的 1W 发光二极管通常在约

13、 3.3V 和约 350mA 下工作， 所以对于大多数应用， 需要电子驱动器来对发光二极管电流进行调制。诸如降压转换器 (buckconverter)、 回扫转换器或其他步降拓扑 (stepping down topology) 的转换器的高 频功率电子转换器常用于这些电子驱动器中。 0003 对于功率电子转换器， 脉宽调制(Pulse Width Modulation， 简称PWM)是一种可以 调节功率开关 ( 例如， 功率半导体器件 ) 的传导脉宽从而控制发送到负载的功率大小的技 术。可以用指定的控制器集成电路 (integrated circuit， 简称 IC) 芯片或用某些微控制 器

14、来实现脉宽调制控制。 在大多数具有脉宽调制控制的电子转换器中， 开关频率是固定的。 使用固定开关频率的一个问题是， 基频的整数倍处的功率谱的高谐波干扰。 0004 由于从外部源发射的电磁传导或电磁辐射， 电磁干扰 (Electromagnetic interference， 简称 EMI)， 即所谓的射频干扰 (radiofrequency interference， 简称 RFI)， 是影响其他电路的干扰。对于所有商用 / 家用照明产品的包括电磁干扰的电子产品， 都有 各自的技术要求。不同的国家或区域对电磁干扰有其自己的规定， 这意味着这些电子产品 产生的频率的谐波应当不高于特定频率范围中所

15、需要的高频谐波。 为了限制电磁干扰对环 境或对交流线(AC line)的影响， 在一些应用中需要输入滤波器电路来降低高频谐波， 这将 增加系统成本并增大系统尺寸。 0005 脉宽调制控制可以用在固态照明中， 用于调制发光二极管的电流和 / 或进行调 光控制 (dimming control)。具体地， 可以有两个级别的脉宽调制控制。第一级别是通过 对功率半导体器件的开关进行控制以获得恒定发光二极管驱动电流， 其中开关频率可以从 40kHz 到大于 1MHz。第二级别脉宽调制控制是通过接通或断开整个转换器和发光二极管来 调光， 其中频率通常从 150Hz 到大约 400Hz。第二级别脉宽调制控制

16、的频率范围可以有助 于消除人眼的闪烁印象。 固定频率的第二级别的脉宽调制控制的一个问题是引起高谐波干 扰， 另一问题是， 对于一些具有固定记录频率的摄像机而言， 固定频率调整将导致所记录的 视频中的闪烁。 0006 通过滤波器电路 ( 例如， 串联连接的电感器或并联连接的电容器 ) 可以抑制电 磁传导干扰。对于具有集成电子驱动器的光源来说， 这是最常用的解决方案。然而， 输 入滤波器电路将增加系统成本并增大电路尺寸。对于一些具有脉宽调制控制的功率电 子应用， 诸如电子机器驱动器或开关模式电源， 使用随机脉宽调制 (Random Pulse Width 说 明 书 CN 102387627 A

17、CN 102387640 A2/9 页 6 Modulation， 简称 RPWM) 以将电磁干扰能量分布到较宽的频带， 以减小谐波幅度和噪声 (Analysis and synthesis of randomized modulation schemes for powerconverters. Stankovic，A.M. ； Verghese，G.E. ； Perreault，D.J. ； PowerElectronics，IEEE transactions on Volume 10， Issue 6， Nov.1995Page(s) ： 680-693)。对于发光二极管照 明， 由于大

18、多数现有技术的设计没有使用微控制器来实现这种复杂的控制算法， 因此驱动 器仍在固定开关频率下工作。 随着发光二极管照明系统的瓦特数增加并随着调光功能的集 成， 对于电子设计来说， 噪声和电磁干扰变得越来越重要。但在目前的技术中， 存在电路尺 寸较大、 电磁干扰高以及发光二极管的闪烁的问题。 0007 图 1 是示出根据现有技术的示例性发光二极管驱动电路的电路图。如图 1 所示， 发光二极管驱动电路中包括电容 C、 续流二极管 (free wheeldiode)FWD、 电感 L、 发光二极 管 ( 或发光二极管串 )LED、 以及功率开关 PSW。这些元件的具体连接关系见图 1。当功率开 关

19、PSW 接通时， 发光二极管串 LED 与电感 L 和功率开关 PSW 串联连接。当功率开关 PSW 断 开时， 续流二极管 FWD 将接通以使电感电流通过。通过调制功率开关 PSW 的占空比， 可以控 制发光二极管串 LED 的电流。电路的开关频率将从 40kHz 到大于 1MHz。对于具有固定开 关频率的电路来说， 脉宽调制驱动信号在图 2 中示出和发光二极管电流的波形在图 3 中示 出。 0008 图4是示出在图2所示的脉宽调制驱动信号的控制下的输出电压和频率之间的关 系的图表。如图 4 所示， 在基频的整数倍处出现谐波。 0009 对于脉宽调制调光， 占空比控制处于从 150Hz 到约

20、 400Hz 的低频范围内。功率开 关仍在 kHz 到 MHz 的范围的高频处进行操作， 而整个驱动电路在低频下接通和断开。图 5 中示出了根据现有技术的利用脉宽调制调光进行的模拟发光二极管驱动电流波形。 0010 因此， 鉴于上述技术问题， 期望提供一种能够减小电路尺寸、 能够减低电磁干扰、 减小发光二极管的闪烁的技术。 发明内容 0011 在下文中给出关于本发明的简要概述， 以便提供关于本发明的某些方面的基本理 解。应当理解， 这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关 键或重要部分， 也不是意图限定本发明的范围。 其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念， 以此作为稍后

21、论述的更详细描述的前序。 0012 本发明的一个主要目的在于， 提供对发光二极管进行驱动的方法和装置、 对发光 二极管进行调光的方法和装置、 包括对发光二极管进行驱动的装置的照明系统、 以及包括 对发光二极管进行调光的装置的照明系统。 0013 根据本发明的一个方面， 提供了一种对发光二极管进行驱动的方法， 其中， 发光二 极管连接至功率开关。该方法包括 ： 根据发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定用 于控制功率开关的脉冲序列的占空比 ； 根据占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉 冲位置序列来生成脉冲序列 ； 以及通过脉冲序列来控制功率开关的开关操作， 从而对发光 二极管进行驱动。

22、 0014 根据本发明的另一个方面， 提供了一种对发光二极管进行调光的方法， 其中， 发光 二极管连接至功率开关。该方法包括 ： 根据发光二极管的当前电流和期望亮度来确定用于 说 明 书 CN 102387627 A CN 102387640 A3/9 页 7 控制功率开关的脉冲序列的占空比 ； 根据占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉冲 位置序列来生成脉冲序列 ； 以及通过脉冲序列来控制功率开关的开关操作， 从而将发光二 极管调光至期望亮度。 0015 根据本发明的又一个方面， 提供了一种对发光二极管进行驱动的装置。该装置包 括 ： 驱动占空比确定模块， 用于根据发光二极管的当前电流

23、和预定工作电流来确定占空比 ； 驱动脉冲序列生成模块， 用于根据占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉冲位置序 列来生成脉冲序列 ； 以及驱 动功率开关， 该驱动功率开关连接至发光二极管， 并用于在脉 冲序列的控制下进行开关操作， 从而对发光二极管进行驱动。 0016 根据本发明的再一个方面， 提供了一种对发光二极管进行调光的装置。该装置包 括 ： 调光占空比确定模块， 用于根据发光二极管的当前电流和期望亮度来确定占空比 ； 调 光脉冲序列生成模块， 用于根据占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉冲位置序列 来生成脉冲序列 ； 以及调光功率开关， 该调光功率开关连接至发光二极管，

24、并用于在脉冲序 列的控制下进行开关操作， 从而将发光二极管调光至期望亮度。 0017 根据本发明的再一个方面， 提供了一种照明系统。该照明系统包括发光二极管和 对发光二极管进行驱动的装置。 0018 根据本发明的再一个方面， 提供了一种照明系统。该照明系统包括发光二极管和 对发光二极管进行调光的装置。 0019 通过本发明， 可以降低电磁干扰， 并可以减小发光二极管的闪烁。 附图说明 0020 参照下面结合附图对本发明实施例的说明， 会更加容易地理解本发明的以上和其 它目的、 特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中， 相同的或类似 的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记

25、来表示。 0021 图 1 是示出根据现有技术的示例性发光二极管驱动电路的电路图 ； 0022 图 2 是示出根据现有技术的脉宽调制驱动信号的图表 ； 0023 图 3 是示出在图 2 所示的脉宽调制驱动信号的控制下的电流和时间的关系曲线 图 ； 0024 图4是示出在图2所示的脉宽调制驱动信号的控制下的输出电压的傅立叶变换的 图表 ； 0025 图 5 是示出根据现有技术的利用脉宽调制调光进行的模拟发光二极管驱动电流 波形图 ； 0026 图 6 是示出根据本发明的一个实施例的对二极管进行驱动的方法的流程图 ； 0027 图 7 是示出根据一个实例的使用随机周期调制的脉冲信号对二极管进 行驱

26、动的 方法的流程图 ； 0028 图8是示出根据图7的实例的使用随机周期调制的脉冲信号和时间的关系的曲线 图 ； 0029 图9是示出根据图7的实例的脉宽调制驱动信号的电压和时间之间的关系的曲线 图 ； 0030 图 10 是示出根据图 7 的实例的发光二极管的电流波形的曲线图 ； 说 明 书 CN 102387627 A CN 102387640 A4/9 页 8 0031 图 11 是示出根据图 7 的实例的电压和频率之间的关系的曲线图 ； 0032 图 12 是示出根据另一个实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号对二极管进行驱动 的方法的流程图 ； 0033 图13是示出根据图12的实例的使用

27、随机脉冲位置的脉冲信号和时间的关系的曲 线图 ； 0034 图14是示出根据图12的实例的脉宽调制驱动信号的电压和时间之间的关系的曲 线图 ； 0035 图 15 是示出根据图 12 的实例的发光二极管的电流波形的曲线图 ； 0036 图 16 是示出根据本发明的另一个实施例的对二极管进行调光的方法的流程图 ； 0037 图 17 是示出根据一个实例的对二极管进行调光的方法的电流波形图 ； 0038 图 18 是示出根据一个实例的使用随机周期调制的脉冲信号对二极管进行调光的 方法的流程图 ； 0039 图 19 是示出根据另一个实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号对二极管进行调光 的方法的流程图

28、； 0040 图 20 是示出根据本发明的又一个实施例的对发光二极管进行驱动的装置的框 图 ； 0041 图 21 是示出根据本发明的再一个实施例的对发光二极管进行调光的装置的框 图 ； 0042 图 22 是示出包括图 18 的装置的照明系统的框图 ； 0043 图 23 是示出包括图 19 的装置的照明系统的框图 ； 0044 图 24 是示出可以应用根据本发明的实施例的硬件和软件的一个实例的电路图 ； 0045 图 25 是示出可以应用根据本发明的实施例的硬件和软件的又一个实例的电路 图 ； 以及 0046 图 26 是示出可以应用根据本发明的实施例的硬件和软件的再一个实例的电路 图。

29、具体实施方式 0047 下面参照附图来说明本发明的实施例。 在本发明的一个附图或一种实施方式中描 述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。 应 当注意， 为了清楚的目的， 附图和说明中省略了与本发明无关的、 本领域普通技术人员已知 的部件和处理的表示和描述。 0048 以下参照图 6 来描述根据本发明的一个实施例的对二极管进行驱动的方法。其 中， 发光二极管可以通过各种方式连接至功率开关 ( 例如， 功率半导体器件以及本技术领 域常用的其他适当的功率开关 )。 0049 如图6所示， 在步骤602中， 可以根据发光二极管的当前电流和预定工作电流来确 定用于控

30、制功率开关的脉冲序列的占空比。在步骤 604 中， 根据占空比并根据随机的周期 序列和 / 或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列。在步骤 606 中， 通过脉冲序列来控制功 率开关的开关操作， 从而对发光二极管进行驱动。 0050 具体地， 在步骤 602 中， 可以对发光二极管的当前电流进行采样， 对采样到的当前 说 明 书 CN 102387627 A CN 102387640 A5/9 页 9 电流与预定工作电流进行比较， 根据比较结果来计算用于控制功率开关的脉冲序列的占空 比。如果比较结果表示采样到的当前电流高于预定工作电流， 则可以减小占空比。如果比 较结果表示采样到的当前电流低于预定

31、工作电流， 则可以增大占空比。 0051 在步骤 604 中， 可以生成随机数序列和随机数序列 ； 根据随机数序列来生成周期 序列 ； 根据随机数序列来生成脉冲位置序列 ； 以及生成具有占空比并具有周期序列和 / 或 脉冲位置序列的脉冲序列。 0052 可选地， 与周期序列相应的随机频率序列可以处于 40kHz 至 1MHz 的范围内。 0053 具体地， 由于当今大多数的发光二极管驱动器都是利用脉宽调制集成电路 (IC) 控制器来设计的， 所以可以由这些 IC 控制器对发光二极管驱 动电流进行采样并在所集成 的比较器中对采样得到的信号与参考值进行比较， 以生成脉宽调制驱动信号。如果电流信 号

32、低于参考值， 则 IC 控制器将增大脉宽调制输出的占空比。如果电流信号高于参考值， 则 IC 控制器将减小脉宽调制输出的占空比。以该方式， 该电路将获得恒定的发光二极管驱动 电流 ( 即， 工作电流 )。其中， 参考值可以基于需要的发光二极管的驱动电流来设置。 0054 当具有 IC 控制器的发光二极管驱动器电路达到稳定状态时， 对该电路进行重复 操作， 功率电子器件的开关频率固定。 为了实现随机脉宽调制， 可以通过微控制器或微程序 控制单元 (Micro-programmed control unit， 简称 MCU) 使用随机算法。 0055 以下参照图 7 来描述根据一个实例的使用随机周

33、期调制的脉冲信号对二极管进 行驱动的方法。 0056 如图 7 所示， 首先驱动控制循环开始。然后， 在步骤 702 中， 对发光二极管的电流 进行采样， 以得到与发光二极管的当前电流相应的信号。在步骤 704 中， 根据采样到的信号 和预先存储的参考值进行比较， 然后， 根据比较结果计算占空比d。 其中， 参考值是基于发光 二极管的工作电流来确定的。在步骤 706 中， 产生随机数序列， 并根据随机数序列来计算随 机周期序列。在步骤 708 中， 根据所计算出的随机周期序列和脉宽来设置脉宽调制发生器， 使得脉冲调制发生器产生脉冲序列， 其中， 脉宽为占空比与周期之积。然后， 利用该脉冲序 列

34、对发光二极管进行驱动， 以使发光二极管的电流达到工作电流。该驱动控制循环结束。 0057 图8是示出根据图7的实例的使用随机周期调制的脉冲信号和时间的关系的曲线 图。 0058 如图 8 所示， 对于发光二极管驱动电路的的开关循环来说， 变量可以包括周期 Tk， 脉冲中心的位置 p Tk， 以及脉宽 d Tk。因为通过驱动电流要求来确定占空比， 并且占空 比不能改变， 所以可以将随机性应用于周期 Tk或脉冲中心的位置 p Tk， 以实现随机的脉 宽调制驱动。 0059 在图 8 中， Tk到 Tk+1是每个驱动控制循环的周期时间。在驱动控制循环开始之前， MCU 控制器将生成具有特定范围的随机

35、周期时间 Trandom， 然后将该随机周期时间应用于固定 周期 T0， 例如， Tk Trandom+T0。通过设置占空比和脉冲位置， 将生成具有随机周期的脉宽调 制信号。脉冲的位置通常位于控制周期的中心， 这是因为这易于利用集成的脉宽调制发生 器、 具有参考值的比较器和锯齿计数器来实现。在图 8 中， 占空比为 50。实际上， 占空比 的大小不局限于 50， 在其他的具体应用场景中， 占空比可以取其他适当的值。 0060 如果该随机的周期脉宽调制应用于照明电路 ( 例如， 图 1 所示的电路 )， 则输出电 压如图 9 所示， 而发光二极管电流如图 10 所示。不同驱动控制循环的周期已被

36、MCU 控制器 说 明 书 CN 102387627 A CN 102387640 A6/9 页 10 随机化。同时， 保持恒定的占空比可以实现对发光二极管驱动的恒定平均电流控制。以该 方式， 图 4 中的单独的谱线可以改为具有较低幅度的连续谱线， 如图 11 所示。这是用于降 低高功率发光二极管驱动器电路中的谐波的有效方法。对于具有 MCU 的发光二极管驱动电 路来说， 这是降低滤波器成本或减小驱动器尺寸的节省成本的方法。 0061 以下参照图 12 来描述根据另一个实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号对二极管 进行驱动的方法。 0062 如图12所示， 首先驱动控制循环开始。 然后， 在步骤1

37、202中， 对发光二极管的电流 进行采样， 以得到与发光二极管的当前电流相应的信号。在步骤 1204 中， 根据采样到的信 号和预先存储的参考值进行比较， 根据比较结果计算占空比 d。其中， 参考值可以基于发光 二极管的工作电流来确定。在步骤 1206 中， 产生随机数序列， 并根据随机数序列来计算随 机脉冲位置序列。在步骤 1208 中， 根据所计算出的随机脉冲位置序列和脉宽和周期来设置 脉宽调制发生器， 使得脉冲调制发生器产生脉冲序列， 其中， 脉宽为占空比与周期之积。然 后， 利用该脉冲序列对发光二极管进行驱动， 以使发光二极管的电流达到工作电流。 该驱动 控制循环结束。 0063 具体

38、地， 该方法可以通过使开关频率固定并改变每个驱动控制循环中的脉冲位置 来实现。通过使脉冲位置 p Tk随机化， 可以使电路中的谐波的功率谱呈分布式。随机脉 冲位置脉宽调制的电流波形在图 15 中示出。使用该方法的输出电压的傅里叶变换类似于 图 11 中所示的随机周期脉宽调制方法的傅里叶变换， 此处不再详细描述。 0064 以下参照图 16 来描述根据本发明的另一个实施例的对二极管进行调光的方法。 其中， 发光二极管可以通过各种方式连接至功率开关 ( 例如， 功率半导体器件以及本领域 常用的其他适当的功率开关 )。 0065 如图16所示， 在步骤1602中， 可以根据发光二极管的当前电流和期望

39、亮度来确定 用于控制功率开关的脉冲序列的占空比。在步骤 1604 中， 可以根据占空比并根据随机的 周期序列和 / 或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序列， 在步骤 1606 中， 可以通过脉冲序列 来控制功率开关的开关操作， 从而将发光二极管调光至期望亮度。 0066 具体地， 在步骤 1604 中， 可以生成随机数序列和随机数序列， 根据随机数序列来 生成周期序列， 根据随机数序列来生成脉冲位置序列， 并生成具有占空比并具有周期序列 和 / 或脉冲位置序列的脉冲序列。 0067 可选地， 与周期序列相对应的随机频率序列可以处于 150Hz 至 400Hz 的范围内。 0068 图 17 是示出

40、根据一个实例的对二极管进行调光的方法的电流波形图。 0069 如图 17 所示， 用于调光的随机脉宽调制类似于针对发光二极管驱动所讨论的随 机脉宽调制。用于进行随机化的变量可以是周期 Tk和脉冲中心的位置 p Tk。通常在高 频或射频范围内发现高 EMI 的风险。由于调光控制的频率通常小于 1kHz， 因此用于调光的 随机脉宽调制不会对电流输出的谐波或驱动器的 EMI 性能造成显著影响。 0070 然而， 尽管人眼不会察觉到高于 150Hz 的闪烁频率， 但是对于一些视频记录机来 说， 采样频率可能与调光频率相互作用， 例如， 视频记录机所拍摄到的视频将示出不期望的 闪烁或图像上的移动条。 0

41、071 调光脉宽调制控制的随机化可以有助于消除采样频率与调光频率相互作用。 对于 发光二极管驱动电路的调光循环来说， 变量可以包括周期 T k， 脉冲中心的位置 p Tk， 说 明 书 CN 102387627 A CN 102387640 A7/9 页 11 以及脉宽 d T k。因为需要根据所需亮度和当前电流来确定占空比， 并且占空比不能改 变， 所以可以将随机性应用于周期 T k或脉冲中心的位置 p Tk， 以实现随机的脉宽调 制从而进行调光。 0072 以下参照图 18 来描述根据一个实例的使用随机周期调制的脉冲信号对二极管进 行调光的方法。 0073 如图 18 所示， 首先调光控制

42、循环开始。然后， 在步骤 1802 中， 对发光二极管的电 流进行采样， 以得到与发光二极管的当前电流相应的信号。在步骤 1804 中， 根据采样到的 信号和预先存储的参考值进行比较， 然后， 根据比较结果计算占空比d。 其中， 参考值是基于 发光二极管的期望亮度来确定的。在步骤 1806 中， 产生随机数序列， 并根据随机数序列来 计算随机周期序列。在步骤 1808 中， 根据所计算出的随机周期序列和脉宽来设置脉宽调制 发生器， 使得脉冲调制发生器产生脉冲序列， 其中， 脉宽为占空比与周期之积。 然后， 利用该 脉冲序列对发光二极管进行调光， 以使 发光二极管的亮度达到期望亮度。 该调光控制

43、循环 结束。 0074 以下参照图 19 来描述根据另一个实例的使用随机脉冲位置的脉冲信号对二极管 进行调光的方法。 0075 如图19所示， 首先调光控制循环开始。 然后， 在步骤1902中， 对发光二极管的电流 进行采样， 以得到与发光二极管的当前电流相应的信号。在步骤 1904 中， 根据采样到的信 号和预先存储的参考值进行比较， 根据比较结果计算占空比 d。其中， 参考值可以基于发光 二极管的期望亮度来确定。在步骤 1906 中， 产生随机数序列， 并根据随机数序列来计算随 机脉冲位置序列。在步骤 1908 中， 根据所计算出的随机脉冲位置序列和脉宽和周期来设置 脉宽调制发生器， 使得

44、脉冲调制发生器产生脉冲序列， 其中， 脉宽为占空比与周期之积。然 后， 利用该脉冲序列对发光二极管进行调光， 以使发光二极管的亮度达到期望亮度。 该调光 控制循环结束。 0076 以下参照图 20 来描述根据本发明的又一个实施例的对发光二极管进行驱动的装 置 2000。 0077 如图 20 所示， 对发光二极管进行驱动的装置 2000 包括 ： 驱动占空比确定模块 2002， 用于根据发光二极管的当前电流和预定工作电流来确定占空比 ； 驱动脉冲序列生成 模块 2004， 用于根据占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉冲位置序列来生成脉冲 序列 ； 以及驱动功率开关 2006， 驱动功率

45、开关 2006 连接至发光二极管， 并用于在脉冲序列 的控制下进行开关操作， 从而对发光二极管进行驱动。 0078 其中， 驱动占空比确定模块 2002 可以包括 ： 驱动采样单元， 用于对发光二极管的 当前电流进行采样 ； 驱动比较单元， 用于对采样到的当前电流与预定工作电流进行比较 ； 以及驱动确定单元， 用于根据驱动比较单元的比较结果来确定用于控制驱动功率开关的脉 冲序列的占空比。如果驱动比较单元的比较结果表示采样到的当前电流高于预定工作电 流， 则驱动确定单元确定减小占空比。如果驱动比较单元的比较结果表示采样到的当前电 流低于预定工作电流， 则驱动确定单元确定增大占空比。 0079 驱

46、动脉冲序列生成模块 2004 可以包括 ： 驱动随机数生成单元， 用于生成随机数序 列和随机数序列 ； 驱动周期生成单元， 用于根据随机数序列来生成周期序列 ； 驱动脉冲位 置生成单元， 用于根据随机数序列来生成脉冲位置序列 ； 以及驱动脉冲序列生成单元， 用于 说 明 书 CN 102387627 A CN 102387640 A8/9 页 12 生成具有占空比并具有周 期序列和 / 或脉冲位置序列的脉冲序列。 0080 可选地， 与周期序列相应的随机频率序列处于 40kHz 至 1MHz 的范围内。 0081 以下参照图 21 来描述根据本发明的再一个实施例的对发光二极管进行调光的装 置

47、2100。 0082 如图 21 所示， 对发光二极管进行调光的装置 2100 包括 ： 调光占空比确定模块 2102， 用于根据发光二极管的当前电流和期望亮度来确定占空比 ； 调光脉冲序列生成模块 2104， 用于根据占空比并根据随机的周期序列和 / 或随机的脉冲位置序列来生成脉冲序 列 ； 以及调光功率开关 2106， 调光功率开关 2106 连接至发光二极管， 并用于在脉冲序列的 控制下进行开关操作， 从而将发光二极管调光至期望亮度。 0083 调光脉冲序列生成模块 2104 可以包括 ： 调光随机数生成单元， 用于生成随机数序 列和随机数序列 ； 调光周期生成单元， 用于根据随机数序列

48、来生成周期序列 ； 调光脉冲位 置生成单元， 用于根据随机数序列来生成脉冲位置序列 ； 以及调光脉冲序列生成单元， 用于 生成具有占空比并具有周期序列和 / 或脉冲位置序列的脉冲序列。 0084 可选地， 与周期序列相对应的随机频率序列处于 150Hz 至 400Hz 的范围内。 0085 以下参照图 22 来描述包括图 20 的装置的照明系统 2200。 0086 如图 22 所示， 照明系统 2200 可以包括发光二极管 2202 和对发光二极管 2202 进 行驱动的装置 2000。 0087 以下参照图 23 来描述包括图 21 的装置的照明系统 2300。 0088 如图 23 所示

49、， 照明系统 2300 可以包括发光二极管 2302 和对发光二极管 2302 进 行调光的装置 2100。 0089 图 24 至图 26 分别示出了可以应用根据本发明的实施例的硬件和软件的实例。图 24 所示的电路包括电感 L、 续流二极管 FWD、 功率开关 PSW、 电容 C、 MCU 控制器、 以及发光二 极管 ( 可以是发光二极管串 )LED。图 25 所示的电路包括电感 L、 续流二极管 FWD、 发光二极 管 ( 或发光二极管串 )LED、 功率开关 PSW、 电容 C1 和 C2、 以及 MCU 控制器。图 26 所示的电 路包括变压器、 电容C1和C2、 续流二极管FWD、 发光二极 管(或发光二极管串)LED、 功率开 关 PSW、 以及 MCU 控制器。 0090 可以看出， 用于 LED 驱动和调光的随