CN104363674A - Led光源驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LED光源驱动电路，包括：运放电路、无失真驱动电路、预失真驱动电路和直流偏置电路；所述运放电路用于放大原始电压信号，并将放大后的电压信号分别输出至所述无失真驱动电路和所述预失真驱动电路；所述无失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出交流电流信号至所述直流偏置电路；所述预失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出高频部分的交流电流信号至所述直流偏置电路；上述两路驱动电路输出的信号叠加输入至所述直流偏置电路，与输入的直流电压结合，输出至LED光源，解决了LED光源对高频信号的响应性能不佳的问题，同时提高了LED光源的通信速率。

Description

LED光源驱动电路
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种LED光源驱动电路。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)作为新型光源，由于具有节能、环保、高效的特点，已被广泛应用于照明、显示及信号指示等各种方面。目前，利用LED光源实现的可见光通信技术具有无需无线电频谱认证、不存在电磁干扰、保密性良好和无辐射等特性，可将其应用于医疗、航天等很多特定场景，广泛的光源分布也使其在定位系统的应用中获得很高的精确度，一系列优势也使其成为当前主流无线通信中的WiFi通信技术的重要补充技术，基于LED光源广阔的市场前景及其技术上的不断成熟，使其在照明通信领域的应用成为可能。
单芯片的蓝白光LED光源是目前市场上最为主流的白光LED光源之一，也是广大可见通信技术研究所主要研究的光源之一。然而，由于其发白光的原理为采用荧光粉转换技术，使得LED光强对于高频信号的转换速率受限，导致蓝白光LED光源对高频信号的响应性能不佳，通常情况只能够较好地响应频率为3MHz以内的信号，这成为限制其通信速度提高的一个主要问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种LED光源驱动电路，解决了LED光源对高频信号的响应性能不佳的问题，同时提高了LED光源的通信速率。
本发明提供一种LED光源驱动电路，包括：运放电路、无失真驱动电路、预失真驱动电路和直流偏置电路；
所述运放电路用于放大原始电压信号，并将放大后的电压信号分别输出至所述无失真驱动电路和所述预失真驱动电路；
所述无失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出交流电流信号至所述直流偏置电路；
所述预失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出高频部分的交流电流信号至所述直流偏置电路；
所述直流偏置电路接收并将所述无失真驱动电路输出的交流电流信号与所述预失真驱动电路输出的高频部分的交流电流信号叠加，与输入的直流电压结合，输出至LED光源。
可选地，所述运放电路包括：运放芯片、第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的第一端连接信号源，所述第一电阻的第二端连接所述运放芯片的反相输入端；所述第二电阻的第一端连接于所述第一电阻与所述运放芯片反相输入端之间，所述第二电阻的第二端连接所述运放芯片的输出端；所述运放芯片的输出端分别连接所述无失真驱动电路与所述预失真驱动电路。
可选地，所述运放芯片的放大倍数由所述第二电阻与所述第一电阻比值的相反数确定。
可选地，所述无失真驱动电路包括：第一电容、第一缓冲芯片、第三电阻；
所述第一电容的第一端连接所述运放芯片的输出端，所述第一电容的第二端连接所述第一缓冲芯片的输入端；所述第三电阻的第一端连接所述第一缓冲芯片的输出端，所述第三电阻的第二端连接所述直流偏置电路。
可选地，所述第一缓冲芯片用于将所述电压信号转换为电流信号。
可选地，所述预失真驱动电路包括：第二电容、第二缓冲芯片、用于提高信号高频分量比例的高通滤波电路；
所述第二电容的第一端连接所述运放芯片的输出端，所述第二电容的第二端连接所述第二缓冲芯片的输入端；所述高通滤波电路的第一端连接所述第二缓冲芯片的输出端，所述高通滤波电路的第二端连接所述直流偏置电路。
可选地，所述高通滤波电路由第三电容、第四电容、第四电阻和第五电阻串联组成。
可选地，所述直流偏置电路包括：第五电容和第一电感；
所述第五电容的第一端连接分别所述无失真驱动电路与所述预失真驱动电路，所述第五电容的第二端连接所述第一电感；所示第一电感的第二端连接LED光源。
由上述技术方案可知，本发明的LED光源驱动电路，包括：运放电路、无失真驱动电路、预失真驱动电路和直流偏置电路；所述运放电路用于放大原始电压信号，并将放大后的电压信号分别输出至所述无失真驱动电路和所述预失真驱动电路；所述无失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出交流电流信号至所述直流偏置电路；所述预失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出高频部分的交流电流信号至所述直流偏置电路；所述直流偏置电路接收并将所述交流电流信号与所述高频部分的交流电流信号叠加，与输入的直流电压结合，输出至LED光源。解决了LED光源对高频信号的响应性能不佳的问题，同时提高了LED光源的通信速率。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的LED光源驱动电路的结构框图；
图2为本发明一实施例提供的LED光源驱动电路的电路图；
图3为本发明一实施例提供的预失真驱动电路的频率响应图；
图4为本发明一实施例提供的两路驱动电路叠加的频率响应图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的LED光源驱动电路的结构框图，如图1所示，包括运放电路11、无失真驱动电路12、预失真驱动电路13和直流偏置电路14；
所述运放电路11用于放大原始电压信号，并将放大后的电压信号分别输出至所述无失真驱动电路12和所述预失真驱动电路13；
所述无失真驱动电路12根据接收的放大后的电压信号，输出交流电流信号至所述直流偏置电路14；
所述预失真驱动电路13根据接收的放大后的电压信号，输出高频部分的交流电流信号至所述直流偏置电路14；
所述直流偏置电路14接收并将所述无失真驱动电路12输出的交流电流信号与所述预失真驱动电路13输出的高频部分的交流电流信号叠加，与输入的直流电压结合，输出至LED光源。
本实施例的LED光源驱动电路，包括：运放电路、无失真驱动电路、预失真驱动电路和直流偏置电路；所述运放电路用于放大原始电压信号，并将放大后的电压信号分别输出至所述无失真驱动电路和所述预失真驱动电路；所述无失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出交流电流信号至所述直流偏置电路；所述预失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出高频部分的交流电流信号至所述直流偏置电路；所述直流偏置电路接收并将所述交流电流信号与所述高频部分的交流电流信号叠加，与输入的直流电压结合，输出至LED光源。解决了LED光源对高频信号的响应性能不佳的问题，同时提高了LED光源的通信速率。
以连接关系进行说明：图2示出了本发明一实施例提供的LED光源驱动电路的电路图，如图2所示；
所述运放电路11包括：运放芯片、第一电阻R1、第二电阻R2；
所述第一电阻R1的第一端连接信号源，所述第一电阻R1的第二端连接所述运放芯片的反相输入端；所述第二电阻R2的第一端连接于所述第一电阻与所述运放芯片反相输入端之间，所述第二电阻R2的第二端连接所述运放芯片的输出端；所述运放芯片的输出端分别连接所述无失真驱动电路12与所述预失真驱动电路13。
所述无失真驱动电路12包括：第一电容C1、第一缓冲芯片BUFFER-1、和第三电阻R3；
所述第一电容C1的第一端连接所述运放芯片的输出端，所述第一电容C1的第二端连接所述第一缓冲芯片BUFFER-1的输入端；所述第三电阻R3的第一端连接所述第一缓冲芯片BUFFER-1的输出端，所述第三电阻R3的第二端连接所述直流偏置电路14。
所述预失真驱动电路13包括：第二电容C2、第二缓冲芯片BUFFER-2、用于提高信号高频分量比例的高通滤波电路；
可选地，所述高通滤波电路由第三电容C3、第四电容C4、第四电阻R4和第五电阻R5串联组成。
所述第二电容C2的第一端连接所述运放芯片的输出端，所述第二电容C2的第二端连接所述第二缓冲芯片BUFFER-2的输入端；所述高通滤波电路的第一端连接所述第二缓冲芯片BUFFER-2的输出端，所述高通滤波电路的第二端连接所述直流偏置电路14。
所述直流偏置电路14包括：第五电容C5和第一电感L1；
所述第五电容C5的第一端连接分别所述无失真驱动电路12与所述预失真驱动电路13，所述第五电容C5的第二端连接所述第一电感L1；所示第一电感L1的第二端连接LED光源。
以信号流进行说明：
所述运放电路11接收来自信号源的原始电压信号，所述原始电压信号通过第一电阻R1输出至所述运放芯片的反相输入端，根据所述第二电阻R2与所述第一电阻R1的比值的相反数确定具体放大倍数，将所述原始电压信号放大，最后分别输出放大后的电压信号至所述无失真驱动电路12与所述预失真驱动电路13。
应说明的是，所述运放电路的作用是将原始电压信号放大至合适整个LED光源驱动电路的电压范围内，所述运放芯片保证信号要调的电压信号幅值范围，并且保证所调电压信号在有用频率范围内的放大倍数一致。
可理解的是，所述运放芯片的具体放大倍数由第一电阻R1及第二电阻R2共同确定：所述第一电阻R1和第二电阻R2共同作用调节待通信电压信号的调制深度及幅度。
所述无失真驱动电路12接收来自所述运放电路11的放大后的电压信号，所述放大后的电压信号通过所述第一电容C1去除无效直流分量，保留住携带信息的交流分量的电压信号输出至所述第一缓冲芯片BUFFER-1的输入端，所述第一缓冲芯片BUFFER-1将接收到的电压信号转换成电流信号输出至所述直流偏置电路14。
应说明的是，所述无失真驱动电路保留了通信信号的完整性，所述第一缓存芯片BUFFER-1的运用达到了驱动大功率LED的效果，将输入的大电压信号转换为大电流输出用以驱动大功率LED。
可理解的是，所述第三电阻R3保留了信号中频率分量比例，并且调解了无失真信号的幅度。
所述预失真驱动电路13接收来自所述运放电路11的放大后的电压信号，所述放大后的电压信号通过所述第二电容C2去除无效直流分量，保留住携带信息的交流分量的电压信号输出至所述第二缓冲芯片BUFFER-2的输入端，所述第二缓冲芯片BUFFER-2将接收到的电压信号转换成电流信号输出至所述高通滤波电路保留所述电流信号的高频部分，将所述高频部分输出至所述直流偏置电路14。
应说明的是，所述预失真驱动电路13提高了通信信号的高频成分，所述预失真驱动电路13的高频滤波电路截止频率的计算根据截止频率公式及经验进行确定。
可见，上述两路驱动电路的设计弥补了LED光源在通信过程中对高频响应性能不好，限制通信速率的问题。
图3示出了本发明一实施例提供的预失真驱动电路的频率响应图，输入频率范围在100kHz～100MHz内的交流电流信号，根据经验值可知LED光源在增益-3dB之上能获得较好的频率响应，观察增益在-3dB以内的频率范围，如图3所示，当增益值为-3.006dB，此时的频率值为2.55Hz，可知当交流电流信号在通过上述预失真驱动电路后，能够将频率在2.55kHz以上的高频成分较好的保留下来，相应地，低频部分衰减较大。
所述直流偏置电路14接收并将所述无失真驱动电路12的交流信号和所述预失真驱动电路13的高频部分的交流信号叠加，作为所述直流偏置信号14的第一输入信号，将所述第一输入信号通过所述第五电容C5与所述第一电感L1，并同作为第二输入的直流电压信号结合输出至LED光源。
应说明的是，所述直流偏置电路14保证了提供给LED正常工作的直流电压信号与控制LED光原强弱的交流信号有效结合，并传递至LED光源。
图4示出了本发明一实施例提供的无失真驱动电路和预失真驱动电路叠加的频率响应图，如图4所示，图4为所述无失真驱动电路输出的交流电流信号与所述预失真驱动电路输出的高频部分交流电流信号叠加后信号的频率响应。同理，输入频率范围在100kHz～100MHz内的交流电流信号，观察增益在-3dB以内的频率范围，如图3所示，当增益值为-3.082dB，此时的频率值为2.968Hz。由于高频信号在通过LED光源后会有损耗，低频信号对LED光源影响不大，因此，将上述两路驱动电路叠加后，会使高频部分的占比加重，进而提高LED光源对高频分量频率响应性能。
本实施例针对蓝白光LED光源响应速度较慢的缺点进行改进LED光源驱动电路，实现了在蓝白光LED基带带宽从3MHz提高至10MHz，所采用的方法成本低，在技术上易于实现，并且在同等条件下不会降低LED光源的发射功率，在不影响可见光通信距离的条件下，大幅提高了系统的通信速率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种LED光源驱动电路，其特征在于，包括：运放电路、无失真驱动电路、预失真驱动电路和直流偏置电路；
所述运放电路用于放大原始电压信号，并将放大后的电压信号分别输出至所述无失真驱动电路和所述预失真驱动电路；
所述无失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出交流电流信号至所述直流偏置电路；
所述预失真驱动电路根据接收的放大后的电压信号，输出高频部分的交流电流信号至所述直流偏置电路；
所述直流偏置电路接收并将所述无失真驱动电路输出的交流电流信号与所述预失真驱动电路输出的高频部分的交流电流信号叠加，与输入的直流电压结合，输出至LED光源。
2.根据权利要求1所述的LED光源驱动电路，其特征在于，所述运放电路包括：运放芯片、第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的第一端连接信号源，所述第一电阻的第二端连接所述运放芯片的反相输入端；所述第二电阻的第一端连接于所述第一电阻与所述运放芯片反相输入端之间，所述第二电阻的第二端连接所述运放芯片的输出端；所述运放芯片的输出端分别连接所述无失真驱动电路与所述预失真驱动电路。
3.根据权利要求2所述的LED光源驱动电路，其特征在于，所述运放芯片的放大倍数由所述第二电阻与所述第一电阻比值的相反数确定。
4.根据权利要求1-3所述的LED光源驱动电路，其特征在于，所述无失真驱动电路包括：第一电容、第一缓冲芯片、第三电阻；
所述第一电容的第一端连接所述运放芯片的输出端，所述第一电容的第二端连接所述第一缓冲芯片的输入端；所述第三电阻的第一端连接所述第一缓冲芯片的输出端，所述第三电阻的第二端连接所述直流偏置电路。
5.根据权利要求4所述的LED光源驱动电路，其特征在于，所述第一缓冲芯片用于将所述电压信号转换为电流信号。
6.根据权利要求1-3所述的LED光源驱动电路，其特征在于，所述预失真驱动电路包括：第二电容、第二缓冲芯片、用于提高信号高频分量比例的高通滤波电路；
所述第二电容的第一端连接所述运放芯片的输出端，所述第二电容的第二端连接所述第二缓冲芯片的输入端；所述高通滤波电路的第一端连接所述第二缓冲芯片的输出端，所述高通滤波电路的第二端连接所述直流偏置电路。
7.根据权利要求6所述的LED光源驱动电路，其特征在于，所述高通滤波电路由第三电容、第四电容、第四电阻和第五电阻串联组成。
8.根据权利要求1所述的LED光源驱动电路，其特征在于，所述直流偏置电路包括：第五电容和第一电感；
所述第五电容的第一端连接分别所述无失真驱动电路与所述预失真驱动电路，所述第五电容的第二端连接所述第一电感；所述第一电感的第二端连接LED光源。
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