CN104349526B - 白光led通信驱动电路及白光led通信驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种白光LED通信驱动电路及白光LED通信驱动方法，电路包括：自适应DC/DC变换电路、钳压电路和电流控制电路；所述自适应DC/DC变换电路的输入端用于与电源连接；所述自适应DC/DC变换电路的输出端与所述钳压电路的第一输入端连接；所述钳压电路的第一输出端用于与LED灯组的输入端连接；所述钳压电路的第二输出端反馈连接到所述自适应DC/DC变换电路；在所述钳压电路的第一输出端与所述LED灯组之间的供电线路上串联所述电流控制电路。具有高效率、能耗低、宽输出电压、挂接不定数量LED的优点。

Description

白光LED通信驱动电路及白光LED通信驱动方法

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种白光LED通信驱动电路及白光LED通信驱动方法。

背景技术

白光LED通信技术是指：利用LED器件高速点灭的发光响应特性，在发送端，使LED发出的用肉眼察觉不到的高速速率调制的光载波信号对传输信息进行调制和传输；在接收端，利用光电二极管等光电转换器件接收光载波信号，并获得传输信息。

由此可见，在白光通信领域，其信号的传输依靠白光直接在空气中传播，没有其它介质，因此，对光功率有一定要求，尤其当野外远距离通信时，对光功率要求更高。由于白光通信***的发光核心部件为LED，LED通过LED驱动电路驱动，现有技术中，LED驱动电路具有工作电流较小和功耗大的问题，导致单个LED发光亮度难以满足白光通信***中光源的要求；进一步的，为满足光源需求，需要使用多个LED，相应的，需要配置多个LED驱动电路，一方面，增加了光学***复杂性；另一方面，引入了各个光源间的干扰，从而降低了通信质量。此外，现有LED输出电流固定不变，具有实际使用不方便的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种白光LED通信驱动电路及白光LED通信驱动方法，具有高效率、能耗低、宽输出电压、挂接不定数量LED的优点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种白光LED通信驱动电路，包括：自适应DC/DC变换电路、钳压电路和电流控制电路；所述自适应DC/DC变换电路的输入端用于与电源连接；所述自适应DC/DC变换电路的输出端与所述钳压电路的第一输入端连接；所述钳压电路的第一输出端用于与LED灯组的输入端连接；所述钳压电路的第二输出端反馈连接到所述自适应DC/DC变换电路；在所述钳压电路的第一输出端与所述LED灯组之间的供电线路上串联所述电流控制电路。

优选的，所述钳压电路包括电流调整MOS管、采样电路、信号积分电路和放大电路；所述电流调整MOS管的源极与所述自适应DC/DC变换电路的输出端连接；所述电流调整MOS管的漏极与所述LED灯组的输入端连接；所述采样电路的输入端分别与所述电流调整MOS管的源极和所述电流调整MOS管的漏极连接，所述采样电路的输出端与所述信号积分电路的输入端连接；所述信号积分电路的输出端与所述放大电路的输入端连接；所述放大电路的输出端反馈连接到所述自适应DC/DC变换电路的输入端。

优选的，所述电流控制电路包括：控制器、D/A转换器、电流采样电路、信号放大电路和驱动电流调整电路；所述电流采样电路安装在所述电流调整MOS管的漏极与所述LED灯组之间的供电线路上，所述电流采样电路的输出端与所述信号放大电路的输入端连接，所述信号放大电路的输出端与所述驱动电流调整电路的第一输入端连接，所述控制器的输出端通过所述D/A转换器连接到所述驱动电流调整电路的第二输入端，所述驱动电流调整电路的输出端与所述电流调整MOS管的栅极连接。

优选的，所述控制器为单片机。

优选的，所述电源为开关电源。

本发明还提供一种应用上述白光LED通信驱动电路的白光LED通信驱动方法，包括以下步骤：

S1，将所述白光LED通信驱动电路安装到所述电源到所述LED灯组的供电线路上；

S2a，当需要传输数据时，将数据调制到LED灯组上，最后以光信号的形式将该数据发送；

在该数据发送的过程中，所述采样电路采集所述电流调整MOS管两端的当前电压值U1，对所述当前电压值U1积分并放大后，产生钳压反馈电压，然后将所述钳压反馈电压传输到所述自适应DC/DC变换电路的比较输入端；所述自适应DC/DC变换电路通过对所述钳压反馈电压进行比较和判断，产生钳压控制指令，将所述电流调整MOS管两端的电压值钳在最大电压值之内；另外，所述自适应DC/DC变换电路根据所述钳压反馈电压以及当前负载状态，自动调整自身的输出电压U2，使U2＝U1+U3；其中，U3为当前负载的端电压值。

优选的，S1之后，还包括：

S2b，所述电流采样电路采集所述电流调整MOS管漏极侧的输出电流值，将所述输出电流值放大后，得到电流信号I1，然后将所述电流信号I1传输到所述驱动电流调整电路的第一输入端；

所述控制器产生数字量基准值，通过D/A转换器将所述数字量基准值转换为模拟量基准值，然后将所述模拟量基准值传输到所述驱动电流调整电路的第二输入端；

所述驱动电流调整电路比较接收到的所述电流信号I1和所述模拟量基准值，产生驱动指令，通过所述驱动指令驱动所述电流调整MOS管的栅极，改变所述电流调整MOS管漏极侧的恒流输出电流值。

优选的，S2a中，所述将数据调制到LED灯组具体为：

当单片机通过串口接收到需要发送的数据时，通过IO口将所述数据以0、1形式控制电流调整MOS管栅极的通断，从而将该数据调制到LED灯组上。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的白光LED通信驱动电路及白光LED通信驱动方法，具有以下优点：能够驱动大电流，满足LED灯功率的需求，还具有高效率、能耗低、宽输出电压、挂接不定数量LED的优点；还具有结构简单、控制方便和调制速率高的优点，能很好地与可见光通信***融合在一起。

附图说明

图1为本发明提供的白光LED通信驱动电路的电路原理图；

图2为本发明提供的钳压电路和电流控制电路的电路原理图；

图3为本发明提供的自适应DC/DC变换电路的电路图；

图4为本发明提供的钳压电路和电流控制电路的电路图；

图5为本发明提供的单片机的电路原理图；

图6为本发明提供的单片机的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，本发明提供一种白光LED通信驱动电路，包括：自适应DC/DC变换电路、钳压电路和电流控制电路；所述自适应DC/DC变换电路的输入端用于与电源连接；所述自适应DC/DC变换电路的输出端与所述钳压电路的第一输入端连接；所述钳压电路的第一输出端用于与LED灯组的输入端连接；所述钳压电路的第二输出端反馈连接到所述自适应DC/DC变换电路；在所述钳压电路的第一输出端与所述LED灯组之间的供电线路上串联所述电流控制电路。如图3所示，为自适应DC/DC变换电路的电路图。

如图2、图4所示，钳压电路包括电流调整MOS管、采样电路、信号积分电路和放大电路；所述电流调整MOS管的源极与所述自适应DC/DC变换电路的输出端连接；所述电流调整MOS管的漏极与所述LED灯组的输入端连接；所述采样电路的输入端分别与所述电流调整MOS管的源极和所述电流调整MOS管的漏极连接，所述采样电路的输出端与所述信号积分电路的输入端连接；所述信号积分电路的输出端与所述放大电路的输入端连接；所述放大电路的输出端反馈连接到所述自适应DC/DC变换电路的输入端。

电流控制电路包括：控制器、D/A转换器、电流采样电路、信号放大电路和驱动电流调整电路；所述电流采样电路安装在所述电流调整MOS管的漏极与所述LED灯组之间的供电线路上，所述电流采样电路的输出端与所述信号放大电路的输入端连接，所述信号放大电路的输出端与所述驱动电流调整电路的第一输入端连接，所述控制器的输出端通过所述D/A转换器连接到所述驱动电流调整电路的第二输入端，所述驱动电流调整电路的输出端与所述电流调整MOS管的栅极连接。其中，控制器优选为单片机，如图5-6所示，为单片机的电路原理图和电路图。电源优选为开关电源，通过使用开关电源，可以有效缩小驱动电路的体积，减轻驱动电路的散热要求，在应用过程中，还简化了***结构。

对于上述白光LED通信驱动电路，进行的白光LED通信驱动方法，包括以下步骤：

S1，将所述白光LED通信驱动电路安装到所述电源到所述LED灯组的供电线路上；

S2a，当需要传输数据时，将数据调制到LED灯组上，最后以光信号的形式将该数据发送。具体的，数据调制可以为外部单片机驱动或内部单片机驱动。具体的过程为：当单片机通过串口接收到需要发送的数据时，通过IO口将所述数据以0、1形式控制电流调整MOS管栅极的通断，从而将该数据调制到LED灯组上，再以光信号的形式发送出去；在接收端，接收到光信号后，对光信号进行解调，即还原得到该数据。

在该数据发送的过程中，所述采样电路采集所述电流调整MOS管两端的当前电压值U1，对所述当前电压值U1积分并放大后，产生钳压反馈电压，然后将所述钳压反馈电压传输到所述自适应DC/DC变换电路的比较输入端；所述自适应DC/DC变换电路通过对所述钳压反馈电压进行比较和判断，产生钳压控制指令，将所述电流调整MOS管两端的电压值钳在最大电压值之内；另外，所述自适应DC/DC变换电路根据所述钳压反馈电压以及当前负载状态，自动调整自身的输出电压U2，使U2＝U1+U3；其中，U3为当前负载的端电压值。实际应用中，自适应DC/DC变换电路输出电压可以7～36V的宽范围内调整。

通过钳压作用，使MOS管两端的电压值钳在最大电压值之内，自适应DC/DC变换电路根据当前负载状态，自动调整自身的输出电压，具有以下优点：

(1)提高了整个电路的工作效率；

(2)降低了电流调整MOS管的功耗，不需要使用额外的散热片，长时间工作驱动电路无明显温升；

(3)对于一个LED通信驱动电路，通过自适应DC/DC变换电路调整其输出电压，可自由挂接若干个LED灯，满足不同数量LED光源需求，具有使用灵活、可见光通信***设计简单的优点；另外，也避免了不同光源间的干扰，提高了白光通信质量。

举例如下：MOS管两端的最大电压值为0.3V，则当该通信驱动电路只挂接一个LED灯时，LED灯的恒流值为3A，此时，LED灯的端电压值为3V，则：自适应DC/DC变换电路根据挂接的LED灯所需的电压值，自适应输出电压U2＝0.3V+3V＝3.3V；此时，负载的有效功率P1＝3V*3A＝9W；DC/DC输出的总功率＝3A*3.3V＝9.9W；整个电路的工作效率为：9W/9.9W＝90.9％。而对于不安装本发明的钳压电路的LED驱动电路，电源输出电压值通常为30V，且是固定不变的，则：电源输出功率＝30V*3A＝90W；此时，整个电路的工作效率为：9W/90W＝10％。由此可见，本发明所提供的白光LED通信驱动电路，具有工作效率高的优点。

另外，对于本发明所提供的白光LED通信驱动电路，MOS管的功耗为：0.3V*3A＝0.9W；而对于不安装本发明的钳压电路的LED驱动电路，MOS管的功耗为：27V*3A＝81W；可见，对于不安装本发明的钳压电路的LED驱动电路，MOS管的功耗非常大，因此，需要使用额外的散热片，降低MOS管的温度。而本发明中，MOS管的功耗非常小，所以，不需要使用额外的散热片。

另外，S1之后，还包括：

S2b，所述电流采样电路采集所述电流调整MOS管漏极侧的输出电流值，将所述输出电流值放大后，得到电流信号I1，然后将所述电流信号I1传输到所述驱动电流调整电路的第一输入端；

所述控制器产生数字量基准值，通过D/A转换器将所述数字量基准值转换为模拟量基准值，然后将所述模拟量基准值传输到所述驱动电流调整电路的第二输入端；

所述驱动电流调整电路比较接收到的所述电流信号I1和所述模拟量基准值，产生驱动指令，通过所述驱动指令驱动所述电流调整MOS管的栅极，改变所述电流调整MOS管漏极侧的恒流输出电流值，从而达到调整LED亮度的目的。

通过本步骤，单片机采用自动控制方式，不需要改***件参数，即可更改白光LED通信驱动电路的输出电流，从而满足不同LED发光亮度的需求，具有调试简单的优点，极大优化了可见光通信***的方案设计。

综上所述，本发明提供的白光LED通信驱动电路及白光LED通信驱动方法，具有以下优点：能够驱动大电流，满足LED灯功率的需求，还具有高效率、能耗低、宽输出电压、挂接不定数量LED的优点；还具有结构简单、控制方便和调制速率高的优点，能很好地与可见光通信***融合在一起。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种白光LED通信驱动电路，其特征在于，包括：自适应DC/DC变换电路、钳压电路和电流控制电路；所述自适应DC/DC变换电路的输入端用于与电源连接；所述自适应DC/DC变换电路的输出端与所述钳压电路的第一输入端连接；所述钳压电路的第一输出端用于与LED灯组的输入端连接；所述钳压电路的第二输出端反馈连接到所述自适应DC/DC变换电路；在所述钳压电路的第一输出端与所述LED灯组之间的供电线路上串联所述电流控制电路；

其中，所述钳压电路包括电流调整MOS管、采样电路、信号积分电路和放大电路；所述电流调整MOS管的源极与所述自适应DC/DC变换电路的输出端连接；所述电流调整MOS管的漏极与所述LED灯组的输入端连接；所述采样电路的输入端分别与所述电流调整MOS管的源极和所述电流调整MOS管的漏极连接，所述采样电路的输出端与所述信号积分电路的输入端连接；所述信号积分电路的输出端与所述放大电路的输入端连接；所述放大电路的输出端反馈连接到所述自适应DC/DC变换电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的白光LED通信驱动电路，其特征在于，所述电流控制电路包括：控制器、D/A转换器、电流采样电路、信号放大电路和驱动电流调整电路；所述电流采样电路安装在所述电流调整MOS管的漏极与所述LED灯组之间的供电线路上，所述电流采样电路的输出端与所述信号放大电路的输入端连接，所述信号放大电路的输出端与所述驱动电流调整电路的第一输入端连接，所述控制器的输出端通过所述D/A转换器连接到所述驱动电流调整电路的第二输入端，所述驱动电流调整电路的输出端与所述电流调整MOS管的栅极连接。

3.根据权利要求2所述的白光LED通信驱动电路，其特征在于，所述控制器为单片机。

4.根据权利要求1所述的白光LED通信驱动电路，其特征在于，所述电源为开关电源。

5.一种应用于权利要求3所述白光LED通信驱动电路的白光LED通信驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将所述白光LED通信驱动电路安装到所述电源到所述LED灯组的供电线路上；

S2a，当需要传输数据时，将数据调制到LED灯组上，最后以光信号的形式将该数据发送；

在该数据发送的过程中，所述采样电路采集所述电流调整MOS管两端的当前电压值U1，对所述当前电压值U1积分并放大后，产生钳压反馈电压，然后将所述钳压反馈电压传输到所述自适应DC/DC变换电路的比较输入端；所述自适应DC/DC变换电路通过对所述钳压反馈电压进行比较和判断，产生钳压控制指令，将所述电流调整MOS管两端的电压值钳在最大电压值之内；另外，所述自适应DC/DC变换电路根据所述钳压反馈电压以及当前负载状态，自动调整自身的输出电压U2，使U2＝U1+U3；其中，U3为当前负载的端电压值。

6.根据权利要求5所述的白光LED通信驱动方法，其特征在于，S1之后，还包括：

S2b，所述电流采样电路采集所述电流调整MOS管漏极侧的输出电流值，将所述输出电流值放大后，得到电流信号I1，然后将所述电流信号I1传输到所述驱动电流调整电路的第一输入端；

所述控制器产生数字量基准值，通过D/A转换器将所述数字量基准值转换为模拟量基准值，然后将所述模拟量基准值传输到所述驱动电流调整电路的第二输入端；

所述驱动电流调整电路比较接收到的所述电流信号I1和所述模拟量基准值，产生驱动指令，通过所述驱动指令驱动所述电流调整MOS管的栅极，改变所述电流调整MOS管漏极侧的恒流输出电流值。

7.根据权利要求5所述的白光LED通信驱动方法，其特征在于，S2a中，所述将数据调制到LED灯组具体为：

当单片机通过串口接收到需要发送的数据时，通过IO口将所述数据以0、1形式控制电流调整MOS管栅极的通断，从而将该数据调制到LED灯组上。