CN112187360B - 一种平均功率反馈的led照明可见光通信调制方法 - Google Patents

一种平均功率反馈的led照明可见光通信调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，由照明所需光亮度参量B‑L和电功率关系传函K(s)得到输出平均电功率参考量EP‑ref；采样照明驱动电路输出LED灯平均功率反馈；采样信号经低通滤波器滤波，由平均反馈电功率、平均电功率参考量和误差放大器OP构成闭环反馈补偿网络，其输出为电功率控制信号之一v‑EP；由可见光通信所需光亮度参量B‑VLC通过转换传函T(s)输出得到可见光通信所需电功率控制信号之二v‑VLC；由控制信号v‑EP和v‑VLC相加构成PWM调制单元输入控制信号，经调制得到第二功率MOS开关管S2占空比调节LED照明与可见光通信所需输出平均功率，该方法可以实现高功率、高效照明驱动与可见光通信调制一体化。

Description

一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法
技术领域
本发明属于LED照明驱动电源和可见光通信技术领域，具体涉及一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法。
背景技术
LED其本质上是发光二极管，其伏安特性决定了它适合于恒流工作方式。对于驱动电源的设计，首先需要选择合适的电路结构。针对不同的应用场合和要求，一般可分为单级方案和两级结构方案，两者根据应用功率场合和具体应用要求各有优缺点。两级PFC方案具有总谐波失真度（THD）小，功率因数（PF）接近单位值的优点，两级PFC方案具有总谐波失真度（THD）小，功率因数（PF）接近单位值的优点，输出电流工频纹波较小，在中大功率应用场合具有重要的价值。
可见光通信技术是近十年来迅速发展的一种新型无线通信方式，通过在公共基础照明设施上增加数据传输附加功能，将通信与照明光源相结合，就可构建可见光无线通信网络，实现信息从服务器到达客户端的无线传输。通常，通信调制射频功率放大器存在效率低等不足，而开关变换器处理转换功率具有较高效率，可以实现高功率、高效率的通信调制，因此结合开关变换器实现可见光通信的高效调制方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，该方法可以高效高功率实现照明驱动与可见光通信一体化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，提供一照明驱动电路，包括输入交流电源uin、整流桥BD1、变压器Tr、功率MOS开关管S1、功率MOS开关管S2、功率二极管D5、功率二极管D6、功率二极管D7、电解电容C1、电解电容C2、高频电容C3、高频电容C4、输出电容C5、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和输出负载LED；所述整流桥BD1的正向输出端连接变压器Tr的原边同名端；所述变压器Tr的原边非同名端连接功率MOS开关管S1的漏极；所述功率MOS开关管S1的源极连接整流桥BD1的负向输出端；所述变压器Tr带中心抽头的副边辅助绕组的Ns1绕组的非同名端连接功率二极管D5的阳极；所述功率二极管D5的阴极连接电解电容C2的正极以及第一电感L1一端；所述第一电感L1另一端连接功率MOS开关管S2的漏极以及高频电容C4一端；所述高频电容C4另一端连接功率二极管D7的阳极以及第三电感L3一端；所述变压器Tr带中心抽头的副边辅助绕组的Ns2绕组的同名端连接电解电容C1的负极、电解电容C2的负极、输出电容C5的负极、输出负载LED的负极以及副边参考地；所述第三电感L3另一端连接副边参考地；所述Ns1绕组的同名端和所述Ns2绕组的非同名端相连，形成副边辅助绕组的中心抽头；所述变压器Tr副边辅助绕组的中心抽头连接功率二极管D6的阳极；所述功率二极管D6的阴极连接电解电容C1的正极以及第二电感L2一端；所述第二电感L2另一端连接高频电容C3一端；所述高频电容C3另一端连接功率二极管D7的阳极、第三电感L3一端以及高频电容C4另一端；所述功率二极管D7的阴极连接功率MOS开关管S2的源级、输出电容C5的正极以及输出负载LED的正极；
所述平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，包括以下步骤：
步骤1：由照明所需光亮度参量B-L和电功率关系传函K(s)得到LED灯输出平均电功率参考量EP-ref；
步骤2：采样照明驱动电路输出LED灯平均功率EP反馈；
步骤3：采样信号经低通滤波器滤波，由平均反馈电功率EP、平均电功率参考量EP-ref和误差放大器OP构成闭环反馈补偿网络，其输出为电功率控制信号之一v-EP；
步骤4：由可见光通信所需光亮度参量B-VLC通过转换传函T(s)输出得到可见光通信所需电功率控制信号之二v-VLC；
步骤5：由控制信号v-EP和v-VLC相加构成PWM调制单元输入控制信号，调制驱动第二功率MOS开关管S2占空比调节LED照明与可见光通信所需输出平均功率，实现高效和高功率照明驱动与可见光通信调制一体化。
进一步地，所述功率MOS开关管S1与功率MOS开关管S2相互独立工作，所述功率MOS开关管S1调节控制前级交流网侧功率因数校正电路，所述功率MOS开关管S2调节控制LED照明与可见光通信所需平均功率。
进一步地，所述变压器Tr是高频变压器，其原副边同名端是反方向的。
进一步地，所述带中心抽头的副边辅助绕组由绕组Ns1和绕组Ns2两部分构成。
进一步地，所述功率二极管D5、功率二极管D6和功率二极管D7均为快恢复二极管。
进一步地，所述输出负载LED包括若干个串并联的LED灯。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明提供一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，基于一复合LED驱动电路，通过采样所述照明驱动电路输出LED灯电流平均功率反馈的调制方法，变换器开关频率不受通信频率影响，实现高功率、高效照明驱动与可见光通信调制一体化。
附图说明
图1是本发明实施例的电路原理图。
图2是本发明实施例的照明与可见光通信调制方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，该方法提供一照明驱动电路，包括输入交流电源uin、整流桥BD1、变压器Tr、功率MOS开关管S1、功率MOS开关管S2、功率二极管D5、功率二极管D6、功率二极管D7、电解电容C1、电解电容C2、高频电容C3、高频电容C4、输出电容C5、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和输出负载LED；所述整流桥BD1的正向输出端连接变压器Tr的原边同名端；所述变压器Tr的原边非同名端连接功率MOS开关管S1的漏极；所述功率MOS开关管S1的源极连接整流桥BD1的负向输出端；所述变压器Tr带中心抽头的副边辅助绕组的Ns1绕组的非同名端连接功率二极管D5的阳极；所述功率二极管D5的阴极连接电解电容C2的正极以及第一电感L1一端；所述第一电感L1另一端连接功率MOS开关管S2的漏极以及高频电容C4一端；所述高频电容C4另一端连接功率二极管D7的阳极以及第三电感L3一端；所述变压器Tr带中心抽头的副边辅助绕组的Ns2绕组的同名端连接电解电容C1的负极、电解电容C2的负极、输出电容C5的负极、输出负载LED的负极以及副边参考地；所述第三电感L3另一端连接副边参考地；所述Ns1绕组的同名端和所述Ns2绕组的非同名端相连，形成副边辅助绕组的中心抽头；所述变压器Tr副边辅助绕组的中心抽头连接功率二极管D6的阳极；所述功率二极管D6的阴极连接电解电容C1的正极以及第二电感L2一端；所述第二电感L2另一端连接高频电容C3一端；所述高频电容C3另一端连接功率二极管D7的阳极、第三电感L3一端以及高频电容C4另一端；所述功率二极管D7的阴极连接功率MOS开关管S2的源级、输出电容C5的正极以及输出负载LED的正极。
所述平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，包括以下步骤：
步骤1：由照明所需光亮度参量B-L和电功率关系传函K(s)得到LED灯输出平均电功率参考量EP-ref；
步骤2：采样照明驱动电路输出LED灯平均功率EP反馈；
步骤3：采样信号经低通滤波器滤波，由平均反馈电功率EP、平均电功率参考量EP-ref和误差放大器OP构成闭环反馈补偿网络，其输出为电功率控制信号之一v-EP；
步骤4：由可见光通信所需光亮度参量B-VLC通过转换传函T(s)输出得到可见光通信所需电功率控制信号之二v-VLC；
步骤5：由控制信号v-EP和v-VLC相加构成PWM调制单元输入控制信号，调制驱动第二功率MOS开关管S2占空比调节LED照明与可见光通信所需输出平均功率，实现高效和高功率照明驱动与可见光通信调制一体化。
在本实施例中，所述功率MOS开关管S1与功率MOS开关管S2相互独立工作，所述功率MOS开关管S1调节控制前级交流网侧功率因数校正，第二功率MOS开关管S2调节控制直流输出LED照明与可见光通信所需平均功率。
在本实施例中，所述变压器Tr是高频变压器，其原副边同名端是反方向的。
在本实施例中，所述带中心抽头的副边辅助绕组由绕组Ns1和绕组Ns2两部分构成。
在本实施例中，所述功率二极管D5、功率二极管D6和功率二极管D7均为快恢复二极管。
在本实施例中，所述输出负载LED包括若干个串并联的LED灯。
本实施例通过采用Flyback-TiCuk组合的LED驱动电路，后级DC-DC电路采样LED灯输出平均功率反馈，实现照明驱动与可见光通信调制一体化。下面结合图1中的具体实例具体说明本发明的一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，后级DC-DC电路照明与可见光通信调制一体化时调制方法原理，如图2所示。
如图2所示，本发明的照明与可见光通信调制方法工作过程：由照明所需光亮度参量B-L和电功率关系传函K(s)得到输出平均电功率参考量EP-ref；采样照明驱动电路输出LED灯平均功率EP反馈；采样信号经低通滤波器滤波，由平均反馈电功率EP、平均电功率参考量EP-ref和误差放大器OP构成闭环反馈补偿网络，其输出为电功率控制信号之一v-EP；由可见光通信所需光亮度参量B-VLC通过转换传函T(s)输出得到可见光通信所需电功率控制信号之二v-VLC；由上述控制信号v-EP和v-VLC相加构成PWM调制单元输入控制信号，经调制得到第二功率MOS开关管S2占空比调节LED照明与可见光通信所需输出平均功率。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，其特征在于：提供一照明驱动电路，包括输入交流电源uin、整流桥BD1、变压器Tr、功率MOS开关管S1、功率MOS开关管S2、功率二极管D5、功率二极管D6、功率二极管D7、电解电容C1、电解电容C2、高频电容C3、高频电容C4、输出电容C5、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和输出负载LED；所述整流桥BD1的正向输出端连接变压器Tr的原边同名端；所述变压器Tr的原边非同名端连接功率MOS开关管S1的漏极；所述功率MOS开关管S1的源极连接整流桥BD1的负向输出端；所述变压器Tr带中心抽头的副边辅助绕组的Ns1绕组的非同名端连接功率二极管D5的阳极；所述功率二极管D5的阴极连接电解电容C2的正极以及第一电感L1一端；所述第一电感L1另一端连接功率MOS开关管S2的漏极以及高频电容C4一端；所述高频电容C4另一端连接功率二极管D7的阳极以及第三电感L3一端；所述变压器Tr带中心抽头的副边辅助绕组的Ns2绕组的同名端连接电解电容C1的负极、电解电容C2的负极、输出电容C5的负极、输出负载LED的负极以及副边参考地；所述第三电感L3另一端连接副边参考地；所述Ns1绕组的同名端和所述Ns2绕组的非同名端相连，形成副边辅助绕组的中心抽头；所述变压器Tr副边辅助绕组的中心抽头连接功率二极管D6的阳极；所述功率二极管D6的阴极连接电解电容C1的正极以及第二电感L2一端；所述第二电感L2另一端连接高频电容C3一端；所述高频电容C3另一端连接功率二极管D7的阳极、第三电感L3一端以及高频电容C4另一端；所述功率二极管D7的阴极连接功率MOS开关管S2的源级、输出电容C5的正极以及输出负载LED的正极；
所述平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，具体包括以下步骤：
步骤1：由照明所需光亮度参量B-L和电功率关系传递函数K(s)得到LED灯输出平均电功率参考量EP-ref；
步骤2：采样所述照明驱动电路输出LED灯平均功率EP反馈；
步骤3：平均功率EP反馈经低通滤波器滤波，由平均反馈电功率EP、平均电功率参考量EP-ref和误差放大器OP构成闭环反馈补偿网络，其输出为电功率控制信号之一v-EP；
步骤4：由可见光通信所需光亮度参量B-VLC通过转换传递函数T(s)输出得到可见光通信所需电功率控制信号之二v-VLC；
步骤5：由控制信号v-EP和v-VLC相加构成PWM调制单元输入控制信号，调制驱动功率MOS开关管S2占空比调节LED照明与可见光通信所需输出平均功率，实现高效和高功率照明驱动与可见光通信调制一体化。
2.根据权利要求1所述的一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，其特征在于：所述功率MOS开关管S1与功率MOS开关管S2相互独立工作，所述功率MOS开关管S1调节控制前级交流网侧功率因数校正电路，所述功率MOS开关管S2调节控制LED照明与可见光通信所需平均功率。
3.根据权利要求1所述的一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，其特征在于：所述变压器Tr是高频变压器，其原副边同名端是反方向的。
4.根据权利要求1所述的一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，其特征在于：所述带中心抽头的副边辅助绕组由绕组Ns1和绕组Ns2两部分构成。
5.根据权利要求1所述的一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，其特征在于：所述功率二极管D5、功率二极管D6和功率二极管D7均为快恢复二极管。
6.根据权利要求1所述的一种平均功率反馈的LED照明可见光通信调制方法，其特征在于：所述输出负载LED包括若干个串并联的LED灯。
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