CN104852768B - 高速led光通信桥式调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明开了一种高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、K102、K103、K104、K105、控制单元、限压恒流控制单元和恒压控制单元；开关K101、K102导通，K103、K104、K105关断，LED正向供电，使LED快速过冲开通；开关K103、K104导通，K101、K102、K105关断，LED反向供电，使LED快速电关断，时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，以避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率；开关K105导通，K101、K102、K103、K104关断，K105是为了更快加速LED剩余载流子复合的放电通路，但K105控制的LED正向单向放电。本高速LED光通信桥式调制器提高了载流子的复合速率，开关速度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED调制器，尤其涉及一种高速LED光通信桥式调制器。
背景技术
光通信是要实现超高速的光开关速率，而并不是常见电路中的电高速开关，这里强调的是光的开关速率，并非单纯的电子或空穴的开关速率。光通信用以补充WIFI等无线通信应用的不足，在某些领域替代WIFI成为一种全新的通信方式。LED光通信技术是近年来逐步发展起来的一种全新的通信技术，很多相关的技术研究还处在起步阶段，尤其在高速LED器件、高速开关电路的技术更是几乎空白。现有LED串联一个开关进行简单调制，缺点是开关速度严重受限，载流子复合速率不高且剩余载流子泯灭时间过长，使得光通信效果很差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高速LED光通信桥式调制器，本高速LED光通信桥式调制器的结构简单、成本低，采用了桥式调制法、过冲开通法、反向注入法、能带弯曲矫正法和创新的时序控制，使得光开关速率高，效果好。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路；所述开关K102远离LED阴极的一端接地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与限压恒流控制单元正极连接；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104关断时，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速过冲开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102关断时，此时限压恒流控制单元对LED反向供电，使LED快速电关断。时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，使避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率。
为实现上述技术目的，本发明采取的第二种技术方案为：高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104、开关K105和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路；所述开关K102远离LED阴极的一端接地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与限压恒流控制单元正极连接；开关K105并联在LED两端；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104、开关K105关断时，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速过冲开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102、开关K105关断时，此时限压恒流控制单元对LED反向供电，使LED快速电关断；当LED电关断结束时，控制单元发出控制信号，使开关K105导通，开关K101、开关K102、开关K103、开关K104关断，以使LED正向单向放电。时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，使避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率。
为实现上述技术目的，本发明采取的第三种技术方案为：高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元和恒压控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路；所述开关K102远离LED阴极的一端接地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与恒压控制单元正极连接，恒压控制单元负极接地；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104关断时，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速过冲开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102关断时，此时恒压控制单元对LED反向供电，使LED快速电关断。时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，使避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率。
为实现上述技术目的，本发明采取的第四种技术方案为：高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104、开关K105和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元和恒压控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路；所述开关K102远离LED阴极的一端接地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与恒压控制单元正极连接，恒压控制单元负极接地；开关K105并联在LED两端；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104、开关K105关断时，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速过冲开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102、开关K105关断时，此时恒压控制单元对LED反向供电，使LED快速电关断；当LED电关断结束时，控制单元发出控制信号，使开关K105导通，开关K101、开关K102、开关K103、开关K104关断，以使LED正向单向放电。时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，以避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率,申请人称之为电关断阶段。
本发明的第一种和第三技术方案的工作过程共分为2个阶段：
1.开关K101、K102导通，K103、K104关断，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，由于采用了限压+恒流的供电单元，使得LED正向得到了高浓度的载流子注入，使LED快速过冲开通；
2.开关K103、K104导通，K101、K102关断，此时限压恒流控制单元或恒压控制单元对LED反向供电，使得LED反向得到了快速的载流子注入，使得剩余载流子迅速复合泯灭，使LED快速电关断，时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，使避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率。
本发明的第二种和第四种工作过程共分为3个阶段：
1、开关K101、K102导通，K103、K104、K105关断，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，由于采用了限压+恒流的供电单元，使得LED正向得到了高浓度的载流子注入，使LED快速过冲开通；
2、开关K103、K104导通，K101、K102、K105关断，此时限压恒流控制单元或恒压控制单元对LED反向供电，使得LED反向得到了快速的载流子注入，使得剩余载流子迅速复合泯灭，使LED快速电关断，时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，使避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率；
3、开关K105导通，K101、K102、K103、K104关断，K105是为了更快加速LED剩余载流子复合的放电通路，但K105控制的LED正向单向放电，因而发生在反向加载时序之后。
本发明采用了桥式调制法以及创新的时序控制方式，如图5和图6所示时序控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，以避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率，申请人称之为电关断阶段。
所谓过冲开通，是指LED在启动的上升阶段处于瞬时过电流工作状态，随后才进入稳态的恒流工作状态。所谓电关断和光关断是指LED实际上有两个关断过程，一个是将外加载的电切断，称为电关断，此时LED并不会立刻熄灭，而是在经过一小段时间之后才熄灭；光的熄灭称之为光关断，那么，与之对应的也有电开启和光开启，也即是说，LED的电和光是有一定的时序关系的。
本高速LED光通信桥式调制器的结构简单、成本低，而且开关速率高，效果好；本高速LED光通信桥式调制器通过控制对开通时的载流子过注入以及关断时的载流子反向注入，提高了载流子的复合速率，使得开关速度大幅度提高，通过辅助的泄放通路进一步加速关断，通过时序控制降低能带弯曲，提高载流子辐射复合。
附图说明
图1为本发明实施例1的电路结构示意图。
图2为本发明实施例2的电路结构示意图。
图3为本发明实施例3的电路结构示意图。
图4为本发明实施例4的电路结构示意图。
图5为本发明的时序解析示意图。
图6为本发明的波形对比效果示意图。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104和控制单元；所述供电单元包括限压恒流控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路；所述开关K102远离LED阴极的一端接地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与限压恒流控制单元正极连接；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104关断时，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速过冲开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102关断时，此时限压恒流控制单元对LED反向供电，使LED快速电关断。时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，以避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率。
实施例2
参见图2，本发高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104、开关K105和控制单元；所述供电单元包括限压恒流控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路；所述开关K102远离LED阴极的一端接地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与限压恒流控制单元正极连接；开关K105并联在LED两端；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104、开关K105关断时，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速过冲开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102、开关K105关断时，此时限压恒流控制单元对LED反向供电，使LED快速电关断；当LED电关断结束时，控制单元发出控制信号，使开关K105导通，开关K101、开关K102、开关K103、开关K104关断，以使LED正向单向放电。时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，以避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率。
实施例3
参见图3，本高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104和控制单元；所述供电单元包括限压恒流控制单元和恒压控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路；所述开关K102远离LED阴极的一端接地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与恒压控制单元正极连接，恒压控制单元负极接地；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104关断时，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速过冲开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102关断时，此时恒压控制单元对LED反向供电，使LED快速电关断。时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，以避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率。
实施例4
参见图4，本高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104、开关K105和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元和恒压控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路；所述开关K102远离LED阴极的一端接地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与恒压控制单元正极连接，恒压控制单元负极接地；开关K105并联在LED两端；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104、开关K105关断时，此时限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速过冲开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102、开关K105关断时，此时恒压控制单元对LED反向供电，使LED快速电关断；当LED电关断结束时，控制单元发出控制信号，使开关K105导通，开关K101、开关K102、开关K103、开关K104关断，以使LED正向单向放电。时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间，反向供电并非在整个关断过程加载而仅仅是一小段时间，以避免能带弯曲所带来的辐射复合率大大下降的问题，从而提高光的关断速率。
Claims (4)
1.一种高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路,限压恒流控制单元正极通过开关K101与LED阳极连接,LED阴极与开关K102一端连接，所述开关K102远离LED阴极的一端与限压恒流控制单元负极共地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与限压恒流控制单元正极连接；
当控制单元发出控制信号，使开关K101、开关K102导通时，开关K103、开关K104关断，限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速“过冲”开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通时，开关K101、开关K102关断，限压恒流控制单元对LED反向供电，使LED快速“电”关断。
2.一种高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104、开关K105和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路,限压恒流控制单元正极通过开关K101与LED阳极连接,LED阴极与开关K102一端连接，所述开关K102远离LED阴极的一端与限压恒流控制单元负极共地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与限压恒流控制单元正极连接；开关K105并联在LED两端；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104、开关K105关断时，限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速“过冲”开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102、开关K105关断时，限压恒流控制单元对LED反向供电，使LED快速“电”关断；当LED“电”关断结束时，控制单元发出控制信号，使开关K105导通，开关K101、开关K102、开关K103、开关K104关断，以使LED进一步正向单向放电。
3.一种高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元和恒压控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路,限压恒流控制单元正极通过开关K101与LED阳极连接,LED阴极与开关K102一端连接，所述开关K102远离LED阴极的一端与限压恒流控制单元负极共地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与恒压控制单元正极连接，恒压控制单元负极接地；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104关断时，限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速“过冲”开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102关断时，恒压控制单元对LED反向供电，使LED快速“电”关断。
4.一种高速LED光通信桥式调制器，包括供电单元、LED、开关K101、开关K102、开关K103、开关K104、开关K105和控制单元；其特征在于：所述供电单元包括限压恒流控制单元和恒压控制单元；所述控制单元用于产生并输出开关的控制信号并并实现时序控制；所述时序的控制通过对LED反向电流的监测来控制反向供电时间；限压恒流控制单元、开关K101、LED和开关K102依次串联形成回路,限压恒流控制单元正极通过开关K101与LED阳极连接,LED阴极与开关K102一端连接，所述开关K102远离LED阴极的一端与限压恒流控制单元负极共地；开关K104一端与LED阳极连接，另一端接地；开关K103一端与LED阴极连接，另一端与恒压控制单元正极连接，恒压控制单元负极接地；开关K105并联在LED两端；
当控制单元发出控制信号使开关K101、开关K102导通，开关K103、开关K104、开关K105关断时，限压恒流控制单元对LED正向供电，使LED快速“过冲”开通；
当控制单元发出控制信号，使开关K103、开关K104导通，开关K101、开关K102、开关K105关断时，恒压控制单元对LED反向供电，使LED快速“电”关断；当LED“电”关断结束时，控制单元发出控制信号，使开关K105导通，开关K101、开关K102、开关K103、开关K104关断，以使LED进一步正向单向放电。
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| Title |
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| 基于单周期控制的双管正激变换器;姚绪梁等;《控制工程》;20101130;第17卷(第6期);第1-4页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104852768A (zh) | 2015-08-19 |
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Legal Events
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