消除基于LED的显示系统中的可见闪烁.pdf

本发明描述了用于消除基于LED的显示器中的可见闪烁的系统和方法。所述系统包括驱动器电路、调制器电路和复位电路。所述驱动器电路经由开关来驱动多个发光二极管。所述开关由具有第一频率的第一信号来控制。所述驱动器电路基于包括多个脉冲的第二信号来控制所述发光二极管的亮度。所述调制器电路使用直接序列扩频调制来调制所述第一信号。直接序列扩频调制使用基于所述第一信号所产生的序列。所述复位电路在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处使所述调制器电路复位。所述调制器电路在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处重复所述序列。

权利要求书1.  一种系统，包括：驱动器电路，其经由开关来驱动多个发光二极管，其中，所述开关由具有第一频率的第一信号来控制，并且其中，所述驱动器电路基于包括多个脉冲的第二信号来控制所述发光二极管的亮度；调制器电路，其使用直接序列扩频调制来调制所述第一信号，其中，所述直接序列扩频调制使用基于所述第一信号所产生的序列；以及复位电路，其在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处使所述调制器电路复位，其中，所述调制器电路在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处重复所述序列。2.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二信号的所述多个脉冲具有第二频率，并且其中，所述调制器电路通过在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处重复所述序列来消除所述发光二极管中的由于具有低于所述第二频率的频率的谐波而产生的可见闪烁。3.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述复位电路通过在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处使所述调制器电路复位来同步所述第一信号和所述第二信号。4.  根据权利要求1所述的系统，其中，所述调制器电路包括：分频电路，其以N对所述第一频率进行分频并且产生分频信号，其中，N是大于1的整数；L位移位寄存器，其由所述分频信号来计时并且在所述分频信号的每个时钟周期处输出所述L位中的M位，其中，L和M是大于1的整数，并且其中，L大于M；以及数模转换器，其将所述M位转换成波形，所述波形包括在所述分频信号的每个时钟周期处改变的2M个离散阶，其中，所述调制器电路基于所述波形来调制所述第一信号。5.  根据权利要求4所述的系统，其中，所述序列包括在所述分频信号的每个时钟周期处改变的所述M位，并且其中，所述序列在所述分频信号的每(2L-1)*N个时钟周期处进行重复。6.  根据权利要求4所述的系统，其中，所述调制器电路包括低通滤波器，所述低通滤波器对由所述数模转换器产生的所述波形进行滤波，并且所述低通滤波器具有等于所述第一频率除以N的截止频率。7.  根据权利要求6所述的系统，还包括信号发生器，所述信号发生器产生所述第一信号并且基于经滤波的所述波形来控制所述第一信号的所述第一频率。8.  一种方法，包括：经由开关来驱动多个发光二极管；由具有第一频率的第一信号来控制所述开关；使用直接序列扩频调制来调制所述第一信号，其中，所述直接序列扩频调制使用基于所述第一信号所产生的序列；基于包括多个脉冲的第二信号来控制所述发光二极管的亮度；以及在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处重复所述序列。9.  根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二信号的所述多个脉冲具有第二频率，所述方法还包括：通过在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处重复所述序列来消除所述发光二极管中的由于具有低于所述第二频率的频率的谐波而产生的可见闪烁。10.  根据权利要求8所述的方法，还包括：以N对所述第一频率进行分频并且产生分频信号，其中，N是大于1的整数；在所述分频信号的每个时钟周期处移位L位，其中，L是大于1的整数；在所述分频信号的每个时钟周期处输出所述L位中的M位，其中，M是大于1的整数，并且其中，L大于M；将所述M位转换成波形，所述波形包括在所述分频信号的每个时钟周期处改变的2M个离散阶；以及基于所述波形来调制所述第一信号。11.  根据权利要求10所述的方法，还包括：通过在所述第二信号的所述多个脉冲中的每个脉冲处使所述分频和所述移位复位来同步所述第一信号和所述第二信号。12.  根据权利要求10所述的方法，其中，所述序列包括在所述分频信号的每个时钟周期处改变的所述M位，所述方法还包括：在所述分频信号的每(2L-1)*N个时钟周期处重复所述序列。13.  根据权利要求10所述的方法，还包括：使用低通滤波器来对所述波形进行滤波，所述低通滤波器具有等于所述第一频率除以N的截止频率。14.  根据权利要求13所述的方法，还包括：基于经滤波的所述波形来控制所述第一信号的所述第一频率。

说明书消除基于LED的显示系统中的可见闪烁
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年1月7日提交的美国临时申请No.61/924436的优先权的权益。通过引用的方式将以上提及的申请的全部公开内容并入本文中。
技术领域
本公开内容总体上涉及电源，并且更具体地涉及消除由开关稳压器供电的基于LED的显示器中的可见闪烁。
背景技术
此处提供的背景描述是出于总体上呈现本公开内容的背景环境的目的。在该背景部分中所描述的程度上，目前指定的发明者的工作以及在提交时不能被描述为现有技术的描述的各方面被既不明示也不暗示地确认为相对于本公开内容的现有技术。
由于发光二极管(LED)相对于传统显示系统所提供的许多优点，基于LED的显示系统正越来越受欢迎。例如，LED比传统灯泡更节能耐用。作为结果，基于LED的显示系统正迅速成为家庭、企业以及车辆中使用的传统显示系统的优选替代物。另外，由于同样原因，诸如标示和广告牌之类的基于LED的显示系统也大受欢迎。
发明内容
系统包括驱动器电路、调制器电路以及复位电路。驱动器电路经由开关来驱动多个发光二极管。开关由具有第一频率的第一信号来控制。驱动器电路基于包括多个脉冲的第二信号来控制发光二极管的亮度。调制器电路使用直接序列扩频调制来调制第一信号。直接序列扩频调制使用基于第一信号所产生的序列。复位电路在第二信号的多个脉冲中的每个脉冲处使 调制器电路复位。调制器电路在第二信号的多个脉冲中的每个脉冲处重复该序列。
在其它特征中，第二信号的多个脉冲具有第二频率。调制器电路通过在第二信号的多个脉冲中的每个脉冲处重复该序列来消除发光二极管中的由于具有小于第二频率的频率的谐波而产生的可见闪烁。
在另一个特征中，复位电路通过在第二信号的多个脉冲中的每个脉冲处使调制器电路复位来同步第一信号和第二信号。
在其它特征中，调制器电路包括分频电路、L位移位寄存器和数模转换器。分频电路以N对第一频率进行分频并且产生分频信号，其中N是大于1的整数。L位移位寄存器由分频信号来计时并且在分频信号的每个时钟周期处输出L位中的M位，其中L和M是大于1的整数，并且其中L大于M。数模转换器将M位转换成包括在分频信号的每个时钟周期处改变的2M个离散阶的波形。调制器电路基于该波形来调制第一信号。
在其它特征中，序列包括在分频信号的每个时钟周期处改变的M位。序列在分频信号的每(2L-1)*N个时钟周期处进行重复。
在另一个特征中，调制器电路包括低通滤波器，其对由数模转换器产生的波形进行滤波，并且低通滤波器具有等于第一频率除以N的截止频率。
在另一个特征中，系统还包括信号发生器，其产生第一信号并且基于经滤波的波形来控制第一信号的第一频率。
在其它特征中，方法包括经由开关来驱动多个发光二极管以及由具有第一频率的第一信号来控制开关。方法还包括使用直接序列扩频调制来调制第一信号。直接序列扩频调制使用基于第一信号所产生的序列。方法还包括基于包括多个脉冲的第二信号来控制发光二极管的亮度。方法还包括在第二信号的多个脉冲中的每个脉冲处重复该序列。
在其它特征中，第二信号的多个脉冲具有第二频率。方法还包括：通过在第二信号的多个脉冲中的每个脉冲处重复该序列来消除发光二极管中的由于具有小于第二频率的频率的谐波而产生的可见闪烁。
在其它特征中，方法还包括以N对第一频率进行分频并且产生分频信号，其中N是大于1的整数。方法还包括在分频信号的每个时钟周期处移位L位，其中L是大于1的整数。方法还包括在分频信号的每个时钟周期 处输出L位中的M位，其中M是大于1的整数，并且L大于M。方法还包括将M位转换成包括在分频信号的每个时钟周期处改变的2M个离散阶的波形。方法还包括基于波形来调制第一信号。
在另一个特征中，方法还包括通过在第二信号的多个脉冲中的每个脉冲处使分频和移位复位来同步第一信号和第二信号。
在其它特征中，序列包括在分频信号的每个时钟周期处改变的M位。方法还包括在分频信号的每(2L-1)*N个时钟周期处重复该序列。
在另一个特征中，方法还包括使用低通滤波器来对波形进行滤波，该低通滤波器具有等于第一频率除以N的截止频率。
在另一个特征中，方法还包括基于经滤波的波形来控制第一信号的第一频率。
根据具体实施方式、权利要求以及附图，本公开内容的适用性的其它领域将变得显而易见。具体实施方式和具体示例仅旨在说明的目的，而并不是要限制本公开内容的范围。
附图说明
根据具体实施方式和附图，本公开内容将得到更全面的理解，附图中：
图1是基于LED的显示系统的功能框图；
图2是图1的基于LED的显示系统的功能框图，其示出图1的基于LED的显示系统所使用的驱动器电路的示例；
图3是包括闪烁控制电路的基于LED的显示系统的功能框图；
图4是图3的闪烁控制电路的功能框图；
图5示出了由图4的闪烁控制电路产生的信号，用以消除图3的基于LED的显示系统的可见闪烁；以及
图6是用于消除基于LED的显示系统中的可见闪烁的方法的流程图。
在附图中，可以将附图标记重复用于标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
在基于LED的显示系统中，开关稳压器(例如，降压稳压器)通常用于调节流经串联连接的LED串的电流。流经LED的平均正向电流确定了 LED的亮度。基于脉冲宽度调制(PWM)的控制信号以高频率开关LED。有效正向电流是在LED开和关时的正向电流的基于时间的平均。当使用PWM方法来控制LED的亮度时，开/关调光频率必须快于人眼能够检测到的频率以避免可见闪烁。大于或等于200Hz的调光频率通常避免了闪烁问题。
直接序列扩频调制(DSSM)在开关稳压器中用于减少辐射和传导电磁干扰(EMI)。当使用DSSM时，即使PWM频率大于或等于200Hz，但是在非常低的占空比(例如，小于10％)下闪烁仍然是可见的。这是因为DSSM可以引入频率低于人眼可以检测到的调光频率的谐波。
本公开内容涉及消除可见闪烁，而不降低LED驱动器电路的EMI性能。具体地，可以通过消除频率低于LED电流谱中的调光频率的谐波来消除可见闪烁，这可以通过在亮度控制信号的每个PWM脉冲处迫使跳频序列相同来实现。
现在参考图1，基于LED的显示系统100包括多个LED 102、驱动器电路104和亮度控制电路106。LED 102可以包括串联连接的LED串。驱动器电路104驱动LED 102。亮度控制电路106向驱动器电路104提供亮度控制信号。驱动器电路104基于亮度控制信号来控制LED 102的亮度。
现在参考图2，驱动器电路104可以包括DC到DC转换器108。DC到DC转换器108通常包括开关稳压器(例如，降压稳压器)。DC到DC转换器108包括控制电路110和功率级112。功率级112可以包括开关(或取决于实施方式可以包括高侧开关和低侧开关)和无源部件(例如，电感和电容)。功率级112的开关(或多个开关)由控制电路110来控制。控制电路110产生控制信号，功率级112的开关(或多个开关)在该控制信号所具有的开关频率下被接通和关断。例如，开关频率可以是400kHz或2.1MHz。功率级112基于由控制电路110产生的控制信号来向LED 102输送功率。
现在参考图3，基于LED的显示系统200包括LED 102、亮度控制电路106和驱动器电路202。驱动器电路202包括DC到DC转换器108和闪烁控制电路204。如下面将详细说明的，闪烁控制电路204通过消除频率低于LED电流谱中的调光频率的谐波来消除可见闪烁。具体地，闪烁控制电 路204通过在亮度控制信号的每个PWM脉冲处迫使跳频序列相同来消除频率低于调光频率的谐波，如下面所解释的。
现在参考图4，闪烁控制电路204包括信号发生器206、调制器电路208以及复位电路210。调制器电路208包括分频电路212、移位寄存器214、数模转换器(DAC)216和低通滤波器218。
信号发生器206包括振荡器，并且产生具有预定开关频率的时钟。时钟用于以开关频率来接通和关断DC到DC转换器108的开关(或多个开关)。
调制器电路208使用DSSM来调制开关频率。复位电路210接收亮度控制信号，亮度控制信号包括包含具有预定频率(即，调光频率；例如，100Hz到1kHz)的调制(PWM)脉冲的多个脉冲。另外，复位电路210可以接收用于启用或禁用系统200的使能信号(EN)。例如，使能信号可以基于DC到DC转换器108的输入和/或输出电压。使能信号可以指示DC到DC转换器108的输入和/或输出电压是否大于或小于预定阈值。例如，使能信号和亮度控制信号可以被输入到与门，并且与门的输出用于使调制器电路208复位。因此，当使能信号为高时，与门在每个PWM脉冲处产生复位脉冲。
复位电路210在PWM脉冲中的每个脉冲处使调制器电路208复位。因此，调制器电路208在PWM脉冲中的每个脉冲处重复跳频序列。在每个PWM脉冲处重复跳频序列消除了具有低于亮度控制信号的预定频率的频率的谐波，并且消除了LED 102中的可见闪烁。
分频电路212以N对开关频率进行分频并且产生分频信号，其中N是大于1的可编程整数。例如，如果开关频率为400kHz，则N＝50，并且如果开关频率为2.1MHz，则N＝258。
移位寄存器214由分频信号来计时。例如，移位寄存器214可以包括15位伪随机噪声(PRN)发生器。通常，移位寄存器214可以是L位移位寄存器，其中L是大于1的整数(例如，L＝15)。在分频信号的每个时钟脉冲处，移位寄存器214输出M位(例如，4位)，其中N是大于1并且小于L的整数。移位寄存器214产生伪随机序列，该序列在分频信号的每(2L-1)*N个时钟周期处进行重复。伪随机序列也被称为PRN信号。
DAC 216将M位转换成波形。波形包括在分频信号的每个时钟脉冲处改变的2M个离散阶。低通滤波器218对该波形进行滤波。图5中示出了经滤波的波形。低通滤波器218具有等于f0/N的截止频率(也被称为转角频率)fc。如图5中所示，截止频率限制了跳频并且柔化了波形的转角。如图5中所示，低通滤波器218允许经滤波的信号在每阶处完全稳定。
由DAC 216提供的频率扩展(被示出为图5中的Δf)可以是可选的。例如，Δf的值可以包括0、±3％、±4％或±5％。Δf的值确定了DC到DC转换器108的输出中的纹波的量。
由信号发生器206产生的信号的开关频率由电压阈值(VTH_OSC_f)来控制。内部窗口比较器(未示出)将VTH_OSC_f用作参考来确定开关频率。在启用DSSM时，VTH_OSC_f被由移位寄存器214产生的PRN信号调制。结果，例如，如果选择Δf＝+/-5％，则开关频率将在f0-5％＜f＜f0+5％之间均匀分布。
LED 102的亮度由亮度控制信号中的PWM脉冲来控制。由于DSSM，如果跳频序列不同，则供应到LED 102的每个电流脉冲的形状可以略微不同。如果移位寄存器214中的PNR发生器独立于亮度控制信号，则每个电流脉冲的形状根据不同跳频序列而可以不同。LED电流包括频率小于亮度控制信号中的PWM脉冲的频率的谐波，人眼能够检测到该PWM脉冲的频率作为可见闪烁。
复位电路210在亮度控制信号中的每个PWM脉冲处使移位寄存器214和分频电路212复位。因此，由移位寄存器214产生的跳频序列将在每个PWM脉冲处重新开始并且重复。作为结果，迫使输出到LED 102的每个电流脉冲中的跳频序列是相同的。结果，从LED电流中消除了频率小于亮度控制信号中的PWM脉冲的频率的谐波。因此，人眼不能检测到LED 102中的任何可见闪烁。
现在参考图6，示出了用于消除基于LED的显示器中的可见闪烁的方法300。在302处，以N对驱动LED的转换器的开关频率f0进行分频以产生分频时钟信号，其中N是大于1的整数。在304处，L位移位寄存器使用分频时钟信号来计时，其中L是大于1的整数。在306处，输出L位中的在分频时钟信号的每个时钟脉冲处被移位的M位，其中M是大于1并且小于L的整数。
在308处，M位被转换成具有2M个离散阶的波形。在310处，使用具有截止频率fc＝f0/N的低通滤波器对该波形进行滤波。在312处，使用经滤波的波形来对开关频率进行调制。在314处，在亮度控制信号的每个PWM脉冲处使分频器和移位寄存器复位。在316处，在亮度控制信号的每个PWM脉冲处重复M位的序列以消除由频率低于亮度控制信号中的PWM脉冲的频率的谐波所产生的闪烁。
前述描述本质上仅是说明性的并且并不是要限制本公开内容、其应用或用途。本公开内容的宽泛教导可以采用各种形式来实施。因此，虽然本公开内容包括特定示例，但是本公开内容的真实范围不应被限制于此，因为在对附图、说明书和以下权利要求进行研究之后，其它修改将变得显而易见。如本文中所使用的，短语A、B和C的至少其中之一应该被理解为表示逻辑(A或B或C)，使用非排他性逻辑或。应当理解的是，可以采用不同顺序(或同时)来执行方法中的一个或多个步骤而不改变本公开内容的原则。