LED照明通信中的調(diào)光技術(shù)研究

王樹煒

摘 要：依據(jù)LED照明通信的基本原理，采用PWM調(diào)光方式，利用SMD802設(shè)計了LED照明通信的調(diào)光電路，并對其進(jìn)行了實驗驗證，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：LED照明通信；LED調(diào)光；PWM調(diào)光

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.088

1 引言

LED照明通信即可見光通信（VLC），是一種使用可見光作為信息載體的新型無線光通信方式，具有通信和照明雙重功能[1]。它是利用發(fā)光二極管高速點滅的特性，通過LED發(fā)出的光載波信號對信息進(jìn)行調(diào)制和傳輸，最后通過光電轉(zhuǎn)換器件接收、解調(diào)信號，實現(xiàn)信息傳遞。LED照明通信具有節(jié)能、長壽、可控性高、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點，且LED響應(yīng)時間非常短，可實現(xiàn)快速調(diào)制，能進(jìn)行超高速數(shù)據(jù)通信[2]。實現(xiàn)LED照明通信要經(jīng)過調(diào)制編碼、調(diào)光以及光電接收和解調(diào)的過程，本文從實際應(yīng)用出發(fā)，對LED照明通信中的調(diào)光部分進(jìn)行設(shè)計研究。

2 LED照明通信的設(shè)計原理

LED照明通信的總體設(shè)計如圖1所示，主要包括控制單元、非隔離調(diào)光模塊和光電接收解調(diào)模塊。系統(tǒng)通過隔離電源對220V家用電進(jìn)行變壓，產(chǎn)生Vcc對系統(tǒng)進(jìn)行供電。數(shù)據(jù)通過調(diào)制編碼模塊產(chǎn)生調(diào)制信號。然后將信號通過非隔離調(diào)光模塊進(jìn)行調(diào)光，再以可見光為載體，利用LED將調(diào)光后的信號傳遞到自由空間。光電檢測裝置接收到光信號后，將信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào)，最終還原出原始數(shù)據(jù)信號。

3 調(diào)光技術(shù)研究

本文采用脈沖寬度（PWM）調(diào)光方式進(jìn)行LED調(diào)光。PWM調(diào)光利用相應(yīng)占空比的脈寬調(diào)制信號，通過設(shè)置LED燈，保持其導(dǎo)通電流恒定，改變LED導(dǎo)通時間，以高頻率快速控制開關(guān)功率管的通斷，使LED燈間歇性的開或者關(guān)，以改變平均輸出電流的方式進(jìn)行調(diào)光[3]。PWM調(diào)光能夠?qū)崿F(xiàn)0～100%不閃爍調(diào)光，且在調(diào)光范圍內(nèi)，顏色能夠保持一致，LED工作電流恒定，調(diào)光比的大小改變不影響工作電流[4]。

4 調(diào)光電路設(shè)計

本文使用SMD802作為調(diào)光芯片[5]。其電路如圖2所示，當(dāng)VDD電壓大于其欠壓閉鎖電壓閾值時，GATE端輸出高電平，外部功率MOSFET工作。功率MOSFET的源極與采樣電阻R串聯(lián)，采樣電阻將電壓反饋到CS腳上，當(dāng)此電壓超過設(shè)定的閾值電壓時，GATE端輸出低電平，功率管MOSFET關(guān)斷，這樣便限制了通過采樣電阻的峰值電流。當(dāng)GATE端輸出高電平驅(qū)動功率MOSFET時，LED驅(qū)動器將能量儲存到電感上，并將部分能量傳給LED燈串，關(guān)斷功率MOSFET時，電感上儲存的能量轉(zhuǎn)換為LED燈串的驅(qū)動電流。

（1）頻率設(shè)計。震蕩器的工作頻率能被用一個外部電阻ROSC 在25kHz到300kHz之間設(shè)定，其計算公式為：

取開關(guān)頻率fosc=300kHz，則ROSC=61.3。

（2）電感設(shè)計。LED燈串電路如圖3所示，正常電流ILED =350mA ，ILEDs=700mA。每個二極管在額定電流時的正向壓降為3V，則此LED串的VLEDs是9V。整流后輸入電壓。開關(guān)的占空比：，計算出功率MOSFE的導(dǎo)通時間為：

由此得出電感的大小為：

（3）調(diào)光電流設(shè)計。電感紋波電流的峰峰值是210mA，CS的閾值電壓為250mV，要得到700mA的電流，該采樣電阻應(yīng)為：R=250mV/（700mA+ 0.5*210mA）=0.31。

5 實驗驗證

如圖4所示為實驗波形圖。CH2通道上為PWM信號，CH1通道上為光電檢測后輸出信號波形。其中，CH1通道中1為LED調(diào)光形成的高頻成分，2與CH2通道中PWM信號部分相對應(yīng)。PWM信號經(jīng)過LED調(diào)光轉(zhuǎn)換為可見光信號后，成功被光電檢測電路還原為PWM信號，取得了理想的效果。

6 結(jié)論

筆者基于LED照明通信的基本原理，利用PWM調(diào)光技術(shù)，設(shè)計了LED調(diào)光電路，取得良好效果。將此電路用于LED照明通信，能夠保證LED光源穩(wěn)定不閃爍，具有廣闊的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]何勝陽.室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[2]徐子軒.基于LED照明系統(tǒng)的可見光無線通信系統(tǒng)研究[D].江南大學(xué)，2012.

[3]張昊程.LED調(diào)光方案及其驅(qū)動器設(shè)計[D].西安電子科技大學(xué)，2012.

[4]駱康城.大功率LED驅(qū)動研究[D].浙江大學(xué)，2013.

[5]駱祖國，陳淵睿.高效LED照明驅(qū)動及智能調(diào)光電路設(shè)計[J].微處理機(jī)，2011，32（02）：84-87.endprint