CN114401570B - 一种可见光通信驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可见光通信驱动电路，包括恒流转换电路，其电源输入端连接直流电源，输出端与LED的正极连接，将接收的直流电源转换为恒流信号输出至LED的正极；电压驱动电路，其一端连接LED的负极，另一端用于接收控制信号，将控制信号转换为驱动信号耦合至LED的负极，以控制LED的状态变化。本发明中的可见光通信驱动电路，通过恒流转换电路和电压驱动电路将直流信号和控制信号耦合至LED的负极，进而控制LED的照明状态，实现高速数据传输，同时提高了电路能源效率。

Description

一种可见光通信驱动电路
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种可见光通信驱动电路。
背景技术
随着无线通信的发展，频谱资源日益稀缺，引入寻找更宽、更高效的通信频带和更利于推广的无线接入方式迫在眉睫。可见光通信（VisibleLightCommunication，简称VLC）是一种使用绿色节能的LED作为传输基站的通信方式，作为一种无线通信领域新兴的技术，能够拓宽频谱的资源。LED可见光通信能同时实现高速通信和日常照明两大功能。
LED可见光驱动电路需同时兼顾照明和通信的功能，发光二极管导通电压较普通二极管高，承载的电流较大，且V-A特性曲线陡峭，一般的照明系统中常常采用反馈电流的开关电源（开关型电能转换器）驱动LED照明，开关型电能转换器照明驱动电路虽然具有较高的能源效率，但只能提供恒流信号驱动，无法承载通信所需的控制信号。现有的兼顾照明通信的LED驱动方案，多采用射频的功率MOS管与照明电路串联，通过MOS管实现数据通信，但MOS管功耗巨大，从而导致能源效率较低。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种可见光通信驱动电路，解决背景技术中兼顾照明通信的驱动电路能源效率低的问题。
本发明提供一种可见光通信驱动电路，包括恒流转换电路，其电源输入端连接直流电源，输出端与LED的正极连接，用于将接收的直流电源转换为恒流信号输出至LED的正极；
电压驱动电路，其一端连接LED的负极，另一端用于接收控制信号，并将控制信号转换为驱动信号耦合至LED的负极，以控制LED的状态变化。
本发明中的可见光通信驱动电路，通过设置恒流转换电路为LED的正极提供恒流信号，驱动LED光照，通过电压驱动电路将控制信号转换为驱动信号耦合至LED的负极，进而控制LED的照明状态，实现数据传输，通过电压驱动电路与恒流转换电路将交、直流信号驱动分别设置不同主路上，从而避免了驱动电路上的功率消耗，提高了电路的能源效率，解决了背景技术中兼顾照明通信的驱动电路能源效率低的问题。
进一步的，还包括直流电流反馈电路，直流电流反馈电路分别连接LED的负极以及恒流转换电路的电流反馈端口，用于将LED上的直流电流变化反馈至恒流转换电路。
进一步的，还包括均衡电路，均衡电路接入控制信号并对控制信号进行预均衡处理后，输入电压驱动电路，以提高控制信号的传输速率。
进一步的，直流电流反馈电路包括串联的第一电感以及第二电阻，第一电感分别连接LED的负极及第二电阻；第一电感和第二电阻之间设有一电流反馈点，恒流转换电路的电流反馈端口连接电流反馈点。
进一步的，电压驱动电路包括两个并联的晶体管以及与两个晶体管串联的第二电容，两个晶体管根据控制信号轮流导通和截止，进而控制LED的状态。
进一步的，均衡电路包括并联的第一电阻和第一电容。
进一步的，可见光通信驱动电路还包括第三电容，第三电容的一端连接恒流转换电路的输出端，其另一端接地，第三电容用于将恒流转换电路输出的电压滤平。
进一步的，第三电容为滤波电容。
进一步的，第二电容为耦合电容，耦合电容用于隔离恒流转换电路上输出的直流电压。
进一步的，恒流转换电路为降压电路或升压电路。
附图说明
图1为本发明实施例中可见光通信驱动电路结构框图；
图2为本发明实施例中可见光通信驱动电路结构示意图；
主要元件符号说明：
恒流转换电路 10 LED 50
直流电流反馈电路 30 电压驱动电路 20
均衡电路 40 第一电容 C1
第一电阻 R1 第二电阻 R2
第二三极管 Q2 第二电容 C2
第一电感 L 第一三极管 Q1
第三电容 C3
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，所示为本发明实施例中的可见光通信驱动电路示意框图。
本实施例中的可见光通信驱动电路包括恒流转换电路10、电压驱动电路20、直流电流反馈电路30、均衡电路40以及LED50。其中LED50连接在恒流转换电路10与电压驱动电路20之间，直流电流反馈电路30连接在LED50与恒流转换电路10之间，均衡电路40设于电压驱动电路20远离LED50的一端。
恒流转换电路10用于将接收的输入电压VCC转换为恒流信号输出，恒流信号输入至LED50负载上，产生电流Iled，Iled的大小决定了进行通信时LED50的亮度。如图2所示，恒流转换电路10包括电源输入端Vin、输出端Vout、接地端GND和电流反馈端。恒流转换电路10的电源输入端Vin连接VCC电源，接收电源提供的直流信号，恒流转换电路10的输出端连接LED50的正极，将电源转换为恒流信号Iled输入至LED50的正极，其接地端GND接入地下。恒流转换电路10可以是降压（Buck）电路或者升压（Boost）电路，在本实施例中的恒流转换电路10使用了芯龙XL3003降压恒流信号芯片，其工作原理为降压电路，基本特征是DC-DC转换电路，输出电压低于输入电压，输入电流为脉动的，输出电流为连续的。
可见光通信驱动电路中还包括第三电容C3，第三电容C3的一端连接恒流转换电路10的输出端Vout，其另一端接地，该第三电容C3为滤波电容，用于将所述恒流转换电路10输出的电压滤平。
直流电流反馈电路30分别与恒流转换电路10以及LED50连接，用于将LED50上的电流Iled的变化反馈回恒流转换电路10，稳定恒流转换电路10的输出恒定电流，提高电路效率。
在本实施例中，直流电流反馈电路30包括第一电感L以及第二电阻R2，第一电感L与第二电阻R2以及LED50串联，第一电感L设于LED50和第二电阻R2之间，第二电阻R2的另一端接地。第一电感L与第二电阻R2之间还设有一支点为电流反馈点，恒流转换电路10的电流反馈端口连接至电流反馈点。其中第二电阻R2为电流采样电阻，用于采集从LED50负极流出的电流信号，第一电感L用于滤除耦合至LED50上的控制信号中的交流成分，保证第二电阻R2采集电流信号的真实性，通过电流反馈点将采集的反馈电流反馈至恒流转换电路10，恒流转换电路10根据反馈电流进而调节输入电流。
电压驱动电路20一端与LED50的负极连接，另一端接入控制信号,控制信号为交流信号AC，电压驱动电路20将控制信号转换为驱动信号耦合到LED50的负极，通过改变LED50上的压降来控制LED50的亮度调节。电压驱动电路20包括两个并联的晶体管以及与两个晶体管串联的第二电容C2。两个晶体管的输入端接入控制信号，输出端连接第二电容C2，第二电容C2的另一端与LED50的负极连接。其中，第二电容C2为耦合电容，用于隔离开关型电源变换传输的直流电流，稳定晶体管的承载功率，从而减少了电路的输出功率，提高工作效率。
在本实施例中，两个晶体管的功率参数相近，交替工作在信号的正、负两个半周期成一推一挽形式的功率放大器。通常工作时，两个晶体管集电极电流交替出现并合成在负载上，输出功率和效率大于单管功率放大器。在本实施例中，包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1为NPN三极管，第二三极管Q2为PNP三极管，第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极分别与偏置电源VBB相连，两个三极管的集电极分别与供电电源的正极VCC、负极-VCC相连，均衡电路40输出信号分别与两个偏置电源公共端相连。当电压驱动电路20没有控制信号输入的时候，工作于推挽式工作方式的两个晶体管都是导通的，但其中的电流很小；当控制信号输入低于OV电平时，第一三极管Q1导通、第二三极管Q2截止；当信号输入高于导通电平时，第二三极管Q2导通、第一三极管Q1截止；第一三极管Q1、第二三极管Q2轮流导通，因此产生的热量较小，效率较高，能够提高驱动电路的能源效率。
可选的，本实施中的均衡电路40的一端接入控制信号，另一端连接电压驱动电路20，均衡电路40用于降低输入控制信号的低频分量，提高信号的高频分量，进而提升LED50的带宽，提高数据传输的速率。本实施例中的均衡电路40由第一电阻R1和第一电容C1组成，第一电阻R1和第一电容C1并联连接，均衡电路40的输入端连接控制信号。
本实施例中的可见光通信驱动电路的具体工作过程为：
首先，恒流转换电路10将输入电压转换为稳定电压输入到LED50的正极上，输入电压经LED50的正极将承载电流Iled传输至LED50的负极，并沿第一电感L传递至第二电阻R2，第二电阻R2采集电流Iled作为反馈电流，进而，反馈电流经反馈电流点输入至恒流转换电路10的反馈电流端口（feedback），恒流转换电路10根据反馈电流调节输出电压，控制电压的稳定输出电流至LED50，恒流转换电路10加上直流电流反馈电路30满足了LED50照明需求，并提高了系统的效率。
控制信号将从均衡电路40输入，均衡电路40对输入信号进行预均衡处理，由于LED50本身带宽一般均小于10MHz，预均衡用于对LED50频率响应进行补偿，即减小低频信号的幅度响应，并增强高频信号的幅度响应，使整体频率响应尽可能的平坦，提高控制信号的传输速率。
预均衡处理后的控制信号输入至电压驱动电路20，电压驱动电路20将输入的控制信号通过两个晶体管放大处理后，再通过第二电容C2耦合到LED50的负极，因LED50的正极接入恒流转换电路10的恒流信号输出，因此LED50将始终保持启动状态，持续照明。
LED50工作在CCM（连续电流调制）模式下；当LED50负极耦合的控制信号大于0V时，则LED50亮度将变暗，当LED50负极耦合的控制信号小于0V时，则LED50的亮度将提高，由此，根据控制信号的输入大小，控制LED50状态的变化，进而实现LED50的信息传递，实现数据传输。
综上，本发明上述实施例当中的可见光通信驱动电路，通过设置恒流转换电路为LED的正极提供恒流信号，驱动LED光照，通过电压驱动电路将控制信号转换为驱动信号耦合至LED的负极，进而控制LED的照明状态，实现数据传输，通过电压驱动电路与恒流转换电路将交、直流信号驱动分别设置不同主路上，从而避免了驱动电路上的功率消耗，提高了电路的能源效率，解决了背景技术中兼顾照明通信的驱动电路能源效率低的问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种可见光通信驱动电路，其特征在于，包括：
恒流转换电路，其电源输入端连接直流电源，输出端与LED的正极连接，用于将接收的直流电源转换为恒流信号输出至所述LED的正极；
电压驱动电路，其一端连接所述LED的负极，另一端用于接收控制信号，并将所述控制信号转换为驱动信号耦合至所述LED的负极，以控制所述LED的状态变化；
电压驱动电路一端与LED的负极连接，另一端接入控制信号,控制信号为交流信号AC，电压驱动电路将控制信号转换为驱动信号耦合到LED的负极，通过改变LED上的压降来控制LED的亮度调节；电压驱动电路包括两个并联的晶体管以及与两个晶体管串联的第二电容；两个晶体管的输入端接入控制信号，输出端连接第二电容，第二电容的另一端与LED的负极连接；
可见光通信驱动电路中还包括第三电容，第三电容的一端连接恒流转换电路的输出端Vout，其另一端接地，该第三电容为滤波电容，用于将所述恒流转换电路输出的电压滤平。
2.根据权利要求1所述的可见光通信驱动电路，其特征在于，还包括直流电流反馈电路，所述直流电流反馈电路分别连接所述LED的负极以及所述恒流转换电路的电流反馈端口，用于将所述LED上的直流电流变化反馈至所述恒流转换电路。
3.根据权利要求1所述的可见光通信驱动电路，其特征在于，还包括均衡电路，所述均衡电路接入控制信号并对所述控制信号进行预均衡处理后，输入所述电压驱动电路，以提高所述控制信号的传输速率。
4.根据权利要求1所述的可见光通信驱动电路，其特征在于，所述直流电流反馈电路包括串联的第一电感以及第二电阻，所述第一电感分别连接所述LED的负极及所述第二电阻；所述第一电感和所述第二电阻之间设有一电流反馈点，所述恒流转换电路的电流反馈端口连接所述电流反馈点。
5.根据权利要求1所述的可见光通信驱动电路，其特征在于，所述电压驱动电路包括两个并联的晶体管以及与两个晶体管串联的第二电容，两个晶体管根据所述控制信号轮流导通和截止，进而控制所述LED的状态。
6.根据权利要求3所述的可见光通信驱动电路，其特征在于，所述均衡电路包括并联的第一电阻和第一电容。
7.根据权利要求1所述的可见光通信驱动电路，其特征在于，所述第三电容为滤波电容。
8.根据权利要求5所述的可见光通信驱动电路，其特征在于，所述第二电容为耦合电容，所述耦合电容用于隔离所述恒流转换电路上输出的直流电压。
9.根据权利要求1所述的可见光通信驱动电路，其特征在于，所述恒流转换电路为降压电路或升压电路。
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