led照明通信中的调光技术研究

LED 照明通信中的调光技术研究 王树炜 陆军装甲兵学院 摘 要： 依据 LED 照明通信的基本原理, 采用 PWM 调光方式, 利用 SMD802 设计了 LED 照明通信的调光电路, 并对其进行了实验验证, 取得了良好的效果。关键词： LED 照明通信; LED 调光; PWM 调光; 1 引言LED 照明通信即可见光通信 (VLC) , 是一种使用可见光作为信息载体的新型无线光通信方式, 具有通信和照明双重功能1。它是利用发光二极管高速点灭的特性, 通过 LED 发出的光载波信号对信息进行调制和传输, 最后通过光电转换器件接收、解调信号, 实现信息传递。LED 照明通信具有节能、长寿、可控性高、绿色环保等显著优点, 且 LED 响应时间非常短, 可实现快速调制, 能进行超高速数据通信2。实现 LED 照明通信要经过调制编码、调光以及光电接收和解调的过程, 本文从实际应用出发, 对 LED 照明通信中的调光部分进行设计研究。2 LED 照明通信的设计原理图 1 LED 照明通信原理 下载原图LED 照明通信的总体设计如图 1 所示, 主要包括控制单元、非隔离调光模块和光电接收解调模块。系统通过隔离电源对 220V 家用电进行变压, 产生 Vcc 对系统进行供电。数据通过调制编码模块产生调制信号。然后将信号通过非隔离调光模块进行调光, 再以可见光为载体, 利用 LED 将调光后的信号传递到自由空间。光电检测装置接收到光信号后, 将信号转换为电信号, 然后通过解调模块进行解调, 最终还原出原始数据信号。3 调光技术研究本文采用脉冲宽度 (PWM) 调光方式进行 LED 调光。PWM 调光利用相应占空比的脉宽调制信号, 通过设置 LED 灯, 保持其导通电流恒定, 改变 LED 导通时间, 以高频率快速控制开关功率管的通断, 使 LED 灯间歇性的开或者关, 以改变平均输出电流的方式进行调光3。PWM 调光能够实现 0100%不闪烁调光, 且在调光范围内, 颜色能够保持一致, LED 工作电流恒定, 调光比的大小改变不影响工作电流4。图 2 SMD802 外部电路图 下载原图4 调光电路设计本文使用 SMD802 作为调光芯片5。其电路如图 2 所示, 当 VDD 电压大于其欠压闭锁电压阈值时, GATE 端输出高电平, 外部功率 MOSFET 工作。功率 MOSFET的源极与采样电阻 R 串联, 采样电阻将电压反馈到 CS 脚上, 当此电压超过设定的阈值电压时, GATE 端输出低电平, 功率管 MOSFET 关断, 这样便限制了通过采样电阻的峰值电流。当 GATE 端输出高电平驱动功率 MOSFET 时, LED 驱动器将能量储存到电感上, 并将部分能量传给 LED 灯串, 关断功率 MOSFET 时, 电感上储存的能量转换为 LED 灯串的驱动电流。(1) 频率设计。震荡器的工作频率能被用一个外部电阻 ROSC在 25k Hz 到 300k Hz 之间设定, 其计算公式为:取开关频率 fosc=300k Hz, 则 ROSC=61.3。(2) 电感设计。LED 灯串电路如图 3 所示, 正常电流 ILED=350m A, ILEDs=700m A。每个二极管在额定电流时的正向压降为 3V, 则此 LED 串的 VLEDs是 9V。整流后输入电压 。开关的占空比: 计算出功率 MOSFE 的导通时间为:由此得出电感的大小为:图 3 LED 灯串结构图 下载原图(3) 调光电流设计。电感纹波电流的峰峰值是 210m A, CS 的阈值电压为 250m V, 要得到 700m A 的电流, 该采样电阻应为:5 实验验证图 4 实验验证波形图 下载原图如图 4 所示为实验波形图。CH2 通道上为 PWM 信号, CH1 通道上为光电检测后输出信号波形。其中, CH1 通道中 1 为 LED 调光形成的高频成分, 2 与 CH2 通道中PWM 信号部分相对应。PWM 信号经过 LED 调光转换为可见光信号后, 成功被光电检测电路还原为 PWM 信号, 取得了理想的效果。6 结论笔者基于 LED 照明通信的基本原理, 利用 PWM 调光技术, 设计了 LED 调光电路, 取得良好效果。将此电路用于 LED 照明通信, 能够保证 LED 光源稳定不闪烁, 具有广阔的应用价值。参考文献1何胜阳.室内可见光通信系统关键技术研究D.哈尔滨工业大学, 2013. 2徐子轩.基于 LED 照明系统的可见光无线通信系统研究D.江南大学, 2012. 3张昊程.LED 调光方案及其驱动器设计D.西安电子科技大学, 2012. 4骆康城.大功率 LED 驱动研究D.浙江大学, 2013. 5骆祖国, 陈渊睿.高效 LED 照明驱动及智能调光电路设计J.微处理机, 2011, 32 (02) :84-87.