多模式电流控制方法及调光电路与流程

本公开涉及照明技术领域，具体而言，涉及一种多模式电流控制方法及调光电路。

背景技术：

对于例如体育场这样的场合，需要使用高速摄像机进行现场转播或者镜头回放，在此过程中，照明设备起到了不可或缺的作用。特别是高速摄像机在进行慢镜头回放时，需要实现例如每秒1000个画面无闪烁，这就要求驱动电路必须具有非常低的纹波，并且为了满足不同照明亮度的需求，需要驱动电路具有足够宽的调光范围。

目前，led(lightemittingdiode，发光二极管)驱动电源通常采用副边反馈的方式或峰值电流控制方式进行调光，前者会引入工频纹波，且由于采样电阻精度的问题，调光深度往往达不到要求。后者虽然可以较好的消除输出电流工频纹波，但会存在随着调光深度的加强，峰值电流基准出现较大误差的问题，使得驱动电源不能达到足够宽的调光范围。因此，现有的调光技术无法较好地满足宽调光范围且低输出电流纹波的调光要求。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种多模式电流控制方法及调光电路，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的无法较好地满足宽调光范围且低输出电流纹波的调光要求。

根据本公开的一个方面，提供一种多模式电流控制方法，应用于调节发光二极管亮度的调光电路中，调光电路包含至少一受控开关，多模式电流控制方法包括：接收一调光信号；响应于调光信号控制调光电路以任意排序运行于多种模式下，其中，多种模式包括以下第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式中的任意两种或全部：在第一调光模式中，响应于调光信号产生一第一控制信号，根据第一控制信号产生一第一电流峰值参考，并根据第一电流峰值参考线性控制调光电路的输出电流；在第二调光模式中，响应于调光信号产生一第二控制信号，设置一固定的第二电流峰值参考，并根据第二电流峰值参考和第二控制信号控制受控开关的关断时长，以控制调光电路的输出电流；在第三调光模式中，响应于调光信号产生一第三控制信号，设置一固定的第三电流峰值参考，并根据第三控制信号对第三电流峰值参考进行斩波，并根据斩波后的第三电流峰值参考控制调光电路的输出电流。

在本公开的一种示例性实施例中，多模式电流控制方法还包括：响应于调光信号，控制调光电路执行第四调光模式；在第四调光模式中，响应于调光信号产生一第四控制信号，利用第四控制信号对斩波后的第三电流峰值参考再次进行斩波，以进一步控制调光电路的输出电流。

在本公开的一种示例性实施例中，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号是pwm信号。

在本公开的一种示例性实施例中，第二电流峰值参考为第一电流峰值参考的最小值。

在本公开的一种示例性实施例中，第三电流峰值参考为第一电流峰值参考的最小值。

根据本公开的一个方面，提供一种调光电路，用于调节发光二极管的亮度，包括：电源转换单元，包括至少一受控开关；控制信号产生单元，用于接收一调光信号，根据调光信号产生相应的控制信号并输出；调光控制单元，电连接于控制信号产生单元，用于根据控制信号产生相应驱动并输出至受控开关；其中，调光电路以任意排序运行于多种模式下，其中，多种模式包括以下第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式中的任意两种或者全部：在第一调光模式中，控制信号产生单元响应于调光信号产生一第一控制信号，其中，调光控制单元根据第一控制信号产生一第一电流峰值参考，并根据第一电流峰值参考线性控制调光电路的输出电流；在第二调光模式中，控制信号产生单元响应于调光信号产生一第二控制信号，其中，调光控制单元设置一固定的第二电流峰值参考，并根据第二电流峰值参考和第二控制信号控制受控开关的关断时长，以控制调光电路的输出电流；在第三调光模式中，控制信号产生单元响应于调光信号产生一第三控制信号，其中，调光控制单元设置一固定的第三电流峰值参考，并利用第三控制信号对第三电流峰值参考进行斩波，并根据斩波后的第三电流峰值参考控制调光电路的输出电流。

在本公开的一种示例性实施例中，调光控制单元包括：控制芯片，控制芯片具有一参考信号输入端、一驱动信号输出端和一zcd检测端。

在本公开的一种示例性实施例中，调光控制单元还包括：第一调光单元，电连接于控制芯片的参考信号输入端，接收第一控制信号，并输出第一电流峰值参考至参考信号输入端。

在本公开的一种示例性实施例中，调光控制单元还包括：第二调光单元，电连接于控制芯片的zcd检测端，接收第二控制信号。

在本公开的一种示例性实施例中，调光控制单元还包括：第三调光单元，电连接于控制芯片的参考信号输入端，接收第三控制信号对第三电流峰值参考进行斩波。

在本公开的一种示例性实施例中，在第一调光模式下，第一控制信号为pwm信号，第二控制信号为低电平，第三控制信号为低电平。

在本公开的一种示例性实施例中，在第二调光模式下，第二电流峰值参考为第一电流峰值参考的最小值，第三控制信号为低电平。

在本公开的一种示例性实施例中，在第三调光模式下，第三电流峰值参考为第一电流峰值参考的最小值。

在本公开的一种示例性实施例中，调光控制单元包括：第四调光单元，电连接于控制芯片的参考信号输入端与第三调光单元之间，接收第四控制信号以对第三调光单元斩波后的第三电流峰值参考再次进行斩波。

在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，响应于一调光信号控制调光电路以任意排序运行于多种模式下，一方面，可以将第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式任意组合，实现宽的调光范围以及低的输出电流纹波，以满足不同应用场景要求；另一方面，本公开的调光电路硬件结构简单，控制方式灵活。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。在附图中：

图1示出了一些技术的调光方法所涉及的电路示意图；

图2示出了另一些技术的调光方法所涉及的电路示意图；

图3示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的多模式电流控制方法的流程图；

图4示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的调光电路的方框图；

图5示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的调光电路的电路图；

图6示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的第一调光模式下调光电路的输出电流的波形图；

图7示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的第二调光模式下控制芯片的输出电压与电感电流之间的对比图；

图8示意性示出了根据本公开的示例性实惠方式的第二调光模式下调光电路的输出电流的波形图；

图9示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的第三调光模式下调光电路的输出电流的波形图；

图10示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的第四调光模式下调光电路的输出电流的波形图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

由于led为非线性器件，微小的电压变动将会导致流过led的电流成倍增加，因此led驱动电源通常为恒流输出，通过调节输出电流可以调节led的亮度。现有的一些调光技术通常包括线性调光和pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)调光。

图1示出了线性调光的电路示意图。led驱动电源工作在恒流状态下，通过线性的改变反馈电路的给定值vref，led驱动电源的输出电流大小就可以跟随着线性变化，从而调节led的亮度。

图2示出了pwm调光的电路示意图。pwm调光是指不改变电流给定值，在输出侧串联一个功率开关器件，通过采用一定频率的pwm调光信号来控制开关的开启与关断，即可对输出电流进行斩波处理，使得输出电流时有时无，并通过改变pwm调光信号的占空比就可以调节输出电流的平均值，进而改变led的亮度。通常pwm调光信号的频率设定在200hz以上，以便人眼感觉不到led在闪烁。

然而，上述两种技术均存在缺点。具体的，针对线性调光，调光范围与采样电阻rs的损耗密切相关，在要求宽范围调光的场合，为了达到足够深的调光深度，采样电阻的电阻值会很大，这样在最大电流输出时，采样电阻rs上的损耗非常大，一般调光范围仅能达到100％～10％，并且输出电流存在工频纹波，只有通过更多的电容进行滤波才能使输出电流纹波减小，但这样会增加系统成本以及占用更多的pcb(printedcircuitboard，印刷电路板)空间。针对pwm调光，虽然可以达到一定的调光深度，但由于输出电流时有时无，使得输出电流上会叠加一个低频纹波，也不能满足输出纹波电流小于1％的要求。

鉴于此，本公开提供了一种多模式电流控制方法及调光电路。

本公开所述的多模式电流控制方法可以应用于调节发光二极管亮度的调光电路中，其中，调光电路包含至少一受控开关。参考图3，本公开实施方式的多模式电流控制方法可以包括以下步骤：

s30.接收一调光信号。

调光信号可以是调试人员确定的与期望达到的调光程度对应的信号。也就是说，调光人员可以根据实际应用场景的需要确定调光的程度，向调光电路输入一调光信号。

此外，调光电路还可以根据预定触发事件自行生成调光信号。例如，调光电路可以包括一个或多个环境光传感器，当环境光发生变化并达到预先设定的阈值时，调光电路内配置的信号发生单元会发出与该环境光匹配的调光信号，以对发光二极管的亮度进行调节。

s32.响应于调光信号控制调光电路以任意排序运行于多种模式下，其中，多种模式包括以下第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式中的两种或者全部。

本公开涉及的调光模式可以包括但不限于第一调光模式、第二调光模式和第三调光模式。其中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅是为了区分实现调光的不同手段，而不应当理解为对本公开所述内容的限制。

下面以步骤s34、步骤s36、步骤s38的形式分别示出了本公开示例性实施方式的第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式。应当理解的是，如图3所示，步骤s34、步骤s36、步骤s38之间并没有顺序关系。在一些实施方式中，例如调光范围100％～30％时采用第一调光模式，调光范围30％～10％时采用第二调光模式，调光范围10％～1％时采用第三调光模式，调光范围1％-0.1％时采用第四调光模式。需要说明的是，本公开实施方式中对采用第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式中的任意两种或者全部调光模式的顺序没有限制，对每一调光模式所对应的调光范围也没有限制。

s34.在第一调光模式中，响应于调光信号产生一第一控制信号，根据第一控制信号产生一第一电流峰值参考，并根据第一电流峰值参考线性控制调光电路的输出电流。

s36.在第二调光模式中，响应于调光信号产生一第二控制信号，并设置一固定的第二电流峰值参考，根据所述第二电流峰值参考和第二控制信号控制受控开关的关断时长，以控制调光电路的输出电流。

s38.在第三调光模式中，响应于调光信号产生一第三控制信号，并设置一固定的第三电流峰值参考，利用第三控制信号对第三电流峰值参考进行斩波，并根据斩波后的第三电流峰值参考控制调光电路的输出电流。

根据本公开的一些实施例，本公开的多模式电流控制方法还可以包括：响应于调光信号控制调光电路执行第四调光模式。在第四调光模式中，响应于调光信号产生一第四控制信号，利用第四控制信号对斩波后的第三电流峰值参考再次进行斩波，以进一步控制调光电路的输出电流。

通过利用第四控制信号对斩波后的第三电流峰值参考再次进行斩波，可以进一步扩展本公开的调光范围。

在本公开的示例性实施方式中，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号可以是pwm信号。

根据本公开的一些实施例，第二电流峰值参考可以为第一电流峰值参考的最小值。

根据本公开的一些实施例，第三电流峰值参考可以为第一电流峰值参考的最小值。

在本公开的多模式电流控制方法中，一方面，可以将第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式中的至少两种模式以任意排序进行组合，实现宽的调光范围以及低的输出电流纹波，以满足不同应用场景要求。

进一步的，本公开还提供了一种调光电路，该调光电路用于调节发光二极管的亮度。参考图4，本公开的调光电路可以包括电源转换单元41、控制信号产生单元43和调光控制单元45。

电源转换单元41可以包括至少一受控开关；

控制信号产生单元43可以用于接收一调光信号，根据该调光信号产生相应的控制信号并输出；

调光控制单元45电连接于控制信号产生单元43，用于根据相应控制信号产生相应的驱动，并输出至受控开关。

其中，调光电路可以以任意排序运行于多种模式下，其中，多种模式包括以下第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式中的任意两种或全部：

在第一调光模式中，控制信号产生单元43可以响应于调光信号产生一第一控制信号，调光控制单元45可以根据第一控制信号产生一第一电流峰值参考，并根据第一电流峰值参考控制调光电路的输出电流。

在第二调光模式中，控制信号产生单元43可以响应于调光信号产生一第二控制信号，调光控制单元45可以设置一固定的第二电流峰值参考，并根据第二电流峰值参考和第二控制信号控制电源转换单元41中的受控开关的关断时长，以控制调光电路的输出电流。

在第三调光模式中，控制信号产生单元43可以响应于调光信号产生一第三控制信号，调光控制单元45可以设置一固定的第三电流峰值参考，并利用第三控制信号对第三电流峰值参考进行斩波，并根据斩波后的第三电流峰值参考控制调光电路的输出电流。

根据本公开的一些实施例，调光控制单元45可以包括一控制芯片，该控制芯片可以具有一参考信号输入端、一驱动信号输出端和zcd(zerocurrentdetection，零电流检测)检测端。具体的，该控制芯片可以是buck控制芯片。

根据本公开的一些实施例，调光控制单元45还可以包括第一调光单元，该第一调光单元可以电连接于控制芯片的参考信号输入端，该第一调光单元接收第一控制信号，并输出第一电流峰值参考至控制芯片的参考信号输入端。

根据本公开的一些实施例，调光控制单元45还可以包括第二调光单元，该第二调光单元可以电连接于控制芯片的zcd检测端，并接收第二控制信号。

根据本公开的一些实施例，调光控制单元45还可以包括第三调光单元，该第三调光单元可以电连接于控制芯片的参考信号输入端，接收第三控制信号对第三电流峰值参考进行斩波。

根据本公开的一些实施例，在第一调光模式下，第一控制信号为pwm信号，第二控制信号为低电平，第三控制信号为低电平。

根据本公开的一些实施例，在第二调光模式下，第二电流峰值参考为第一电流峰值参考的最小值，第三控制信号为低电平。

根据本公开的一些实施例，在第三调光模式下，第三电流峰值参考为第一电流峰值参考的最小值。

根据本公开的一些实施例，调光控制单元45还可以包括第四调光单元，该第四调光单元可以电连接于控制芯片的参考信号输入端与第三调光单元之间，接收第四控制信号以对第三调光单元斩波后的第三电流峰值参考再次进行斩波。

采用本公开的调光电路，一方面，可以将第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式任意组合，实现宽的调光范围以及低的输出电流纹波，以满足不同应用场景要求；另一方面，本公开的调光电路硬件结构简单，控制方式灵活。

图5示意性示出了根据本公开的一示例性实施方式的调光电路的电路图。

如图5所示，调光电路包括电源转换单元41、控制信号产生单元43和调光控制单元45。其中，电源转换单元41为一buck电路，包括一受控开关q3，需要说明的是，本公开并不对电源转换单元的具体电路进行限制。本实施例中控制信号产生单元43可以为一mcu(microcontrollerunit，微控制单元)，用于接收调光信号，并根据该调光信号产生相应的控制信号，其中，pwm1、pwm2、pwm3、pwm4分别对应上述的第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号。同样，控制信号产生单元43产生控制信号的数目根据调光电路实际需要工作的模式进行调整。

调光控制单元45包括控制芯片450，控制芯片450至少具有一参考信号输入端vref、一驱动信号输出端drv、一svin引脚和一svout引脚，其中，由svin和sout两个引脚实现zcd功能。另外，驱动信号输出端drv与电源转换单元41的受控开关q3连接，以控制受控开关q3的开启时刻。

进一步地，调光控制单元45还包括第一调光单元451、第二调光单元452、第三调光单元453、第四调光单元454。具体的，可以通过pwm2、二极管d1、svin和svout引脚来实现第二调光单元452的调光模式；可以通过第一调光单元451的输出结果、pmw3和受控开关q1来实现第三调光单元453的调光模式；可以通过第三调光单元453的输出结果、pwm4和受控开关q2来实现第四调光单元454的调光模式。

下面将参考图5示例性地对本公开的第一调光模式至第四调光模式分别进行说明。

在第一调光模式下，调光范围为100％～30％，即输出电流的变化范围为100％～30％，需要说明，本公开并不对每一模式所对应的调光范围进行限制。由于本公开采用buck电路来实现调光过程，buck电路工作在临界导通模式，输出电流为电感(l2)电流峰值的一半，且输出电流没有工频纹波。通过控制芯片的cs(currentsense，电流检测)引脚检测电感电流，需要说明的是，电感电流的检测也可以通过外围电路来实现，本公开并不对电感电流的采集方式进行限制。检测的电感电流与参考信号输入端vref引脚输入的第一电流峰值参考进行比较，通过改变第一电流峰值参考来改变电感电流的峰值，进而改变输出电流的大小。具体的，如图5所示，第一调光单元451包括第一电阻r1、第二电阻r2、滤波电容c1、运放a1及第三电阻r3，第一调光单元451的输入端接收第一控制信号pwm1，第一调光单元451的输出端输出第一电流峰值参考至参考信号输入端vref。当调光范围为100％～30％时，对应第一控制信号pwm1信号的占空比从100％变化到30％，对应第一电流峰值参考例如可以从2.5v线性变化到0.75v。相应的，电感电流的峰值与输出电流均跟随着线性减小。

图6示出了第一调光模式下的波形图。其中，il为电感电流，io为输出电流，iomax为输出电流的最大值。在第一调光模式下，输出电流io可以表示公式1：

在一些实施例中，当输出电流的变化范围为30％～10％，例如可以采用第二调光模式。在一些实施例中，可以保持第一控制信号pwm1的占空比为30％不变，即第一电流峰值参考保持不变，使得参考信号输入端vref引脚电压保持不变，此时第二电流参考信号即为第一电流峰值参考在第一调光模式下的最小值。需要说明的是，在一些实施例中也可以直接设置一固定的第二电流峰值参考。控制芯片450的svin引脚与svout引脚具有zcd功能，svin引脚为固定的电压信号，svout引脚电压在高低变化，当svout引脚电压降低到与svin相同时，启动zcd功能，mos管q3会开启。参考图5，第二调光单元452电性连接至控制芯片450的svout引脚，svout引脚根据第二控制信号pwm2来启动zcd功能，来控制mos管q3的开启时刻。也就是说，当pwm2为高电平时，zcd检测功能未被使能；当pwm2为低电平时，zcd检测功能开启，mos管q3才开通，因此，可以通过控制pwm2的高电平时间来延迟mos管q3的关断时间。在一些实施方式中，可以保持pwm1的占空比为30％不变，从而使得vref引脚电压保持0.75v不变，即电感电流峰值保持不变。在另一些实施方式中，可以不利用第一调光模式下的电路，即另外设置一固定的第二电流峰值参考，比如0.75v。在第二调光模式下，可以通过不断延长mos管q3的关断时长，使得开关频率逐渐减小，来减小输出电流，进而调节led的亮度。

图7示出了第二调光模式下的波形图。此时的输出电流io可以表示公式2：

其中，ipeak表示第二电流峰值参考。ton表示一个周期内开关管开通的时间，tdon表示一个周期内开关管关断的时间，t表示一个开关周期。

在一些实施例中，当输出电流变化范围为10％～1％时，例如采用第三调光模式，设置一第三电流参考信号。在一些实施例中，第三电流参考信号可以为第一电流峰值参考在第一调光模式下的最小值，即第一控制信号pwm1的占空比保持30％不变，即参考信号输入端vref引脚的电压为0.75v。同样的，在一些实施例中，可以保持第二控制信号pwm2为一固定的占空比，例如为第二调光模式下的最小值。参照图5，第三调光单元453电连接于控制芯片450的参考信号输入端vref，在一些实施例中，第三调光单元453包括一受控开关q1，其耦接于vref引脚与地之间，第三控制信号pwm3耦接受控开关的控制端，当第三控制信号pwm3为高电平，受控开关q1导通，此时vref引脚电压为零，使得电感电流为零；当第三控制信号pwm3为低电平，受控开关q1关断，vref引脚电压为0.75v。也就是说，通过受控开关q1的开启与关断，可以将参考信号输入端vref引脚电压由直流量变为幅值为0.75v的高低电平，从而使电感电流时有时无。由此，可以通过增大pwm3的占空比来延长电感电流为零的时间，进而减少输出电流以实现led的亮度调节。图9示意性对第三调光模式的波形图进行了描绘。

为了满足更宽调光范围的需要，在第四调光模式下，可以采用一个更低频率的第四控制信号信号pwm4来对pwm3进行斩波，从而可以将输出电流调光范围进一步调整为1％～0.1％。例如，pwm3为1khz的斩波频率，当pwm3的占空比不再变化时，采用频率为100hz的pwm4信号对pwm3进行斩波。由于一个pwm4周期包含10个pwm3周期，因此，输出电流变为原来的十分之一。在一些实施例中，调光控制单元45还包括一第四调光单元454，电连接于控制芯片450的参考信号输入端vref引脚，第四调光单元454可以是一个受控开关q2。图10示意性对第四调光模式的波形图进行了描绘。

由此，通过上述多模式调光方式的组合，可以将调光范围扩展到100％～0.1％，并且输出的电流几乎没有工频纹波。

基于上述过程，容易理解的是，还可以采用另一信号对第四调光模式下的电流峰值参考进行再次斩波，以进一步扩大调光范围。

在本公开的调光电路，一方面，可以以任意排序运行于多种模式下，即将第一调光模式、第二调光模式、第三调光模式中的至少两种模式以任意排序进行组合，实现宽的调光范围以及低的输出电流纹波，以满足不同应用场景要求；另一方面，本公开的调光电路硬件结构简单，控制方式更加灵活。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。