CN1589081A

CN1589081A - 具有信息传递功能的发光二极管光源

Info

Publication number: CN1589081A
Application number: CN 200410060695
Authority: CN
Inventors: 陈汉汛; 吉孔武; 徐达伟; 倪尔东; 刘利
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2005-03-02

Abstract

本发明涉及具有信息传递功能的发光二极管光源，它包括电源、变压器、发光二极管点阵，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源；它还包括调制电路，调制电路设置在电源与发光二极管点阵之间。本发明利用LED响应时间短的特性，在光源电路中设置一个调制电路，调制电路将要发出的信号调制成方波输出，以控制输入LED点阵的电流，使LED点阵高频闪烁，使LED光源具有信息传递的功能。

Description

具有信息传递功能的发光二极管光源

技术领域

本发明涉及用于照明和指示的光源，特别是发光二极管(LED)光源。

背景技术

当今社会，能源问题已经成为突出问题。照明是人类消耗能源的重要方面，据媒体报道数据显示，使用半导体光源LED代替传统的白炽灯照明，将节约全球照明能耗的50％。由此可知，在未来的电子技术领域，LED光源作为指示和照明将成为又一大电子主题。

LED是一种固体光源，自90年代，GaAlInP和GaAlInN发光二极管的出现，使LED的发光效率和发光强度有了突破性的发展，高亮度白色及蓝色LED已经出现。进入21世纪，随着材料技术、封装技术及自身工艺的发展，单只的LED的光通量可以达到几十流明，红、橙色的LED光效率可以达到100lm/W，绿色的LED也可达到50lm/W，光的强度已经超过了1cd(通常人们以1cd作为一般LED和高亮度LED的分界点)，其视角也有了提高，已经超过了60度，为LED在各种照明和指示系统中的应用奠定了基础。

目前，LED光源已推广应用于各种工业领域，随着LED自身技术的不断发展和日益成熟，LED光源将取代传统的白炽灯光源。另外，LED是一种低场型电致发光器件，它具有电压低、电流小、亮度高、寿命长、体积小、能耗低和响应速度快等特点，这些特点使得研制性能更优的指示和照明用灯成为可能。

在一些领域中(如汽车的照明和指示光源、航标灯等)，都要求光源具有信息传递的功能，但现有的LED光源(如图2所示)，它由电源、变压器、LED点阵组成，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源，因此，它不具备信息传递的功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有信息传递功能的发光二极管(LED)光源。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

具有信息传递功能的发光二极管光源包括电源、变压器、发光二极管点阵，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源；它还包括调制电路，调制电路设置在电源与发光二极管点阵之间。

另外，光源还包括开关电路，开关电路设置在电源与发光二极管点阵之间，开关电路由调制电路控制。

它还包括振荡电路，振荡电路和调制电路具有相同的时钟，开关电路还由振荡电路控制。

另外，调制电路的输出端、变压器的输出端通过与门和发光二极管点阵的输入端连接。

它还包括开关电路和振荡电路，开关电路设置在电源与发光二极管点阵之间，振荡电路和调制电路具有相同的时钟，开关电路由振荡电路控制。

另外，上述的光源的电源和后级电路之间设有负载开关电路。

另外，上述的光源的调制电路的波特率在1.2k以上。

另外，上述的光源的振荡电路的输出频率为：90-120Hz。

本发明利用LED响应时间短的特性，在光源电路中设置一个调制电路，调制电路将要发出的信号调制成方波输出，以控制输入LED点阵的电流，使LED点阵高频闪烁，使LED光源具有信息传递的功能。

本发明可用调制电路输出的方波高低电频控制开关电路的开启和关闭，以控制输入LED点阵的电流。

本发明还可将调制电路输出的方波加载到变压器输出的电流中，以控制输入LED点阵的电流。

本发明光源电路中还设置振荡电路，它的目的是产生一定频率的方波信号，以控制开关电路的开启和关闭，以控制输入LED的电流，使LED点阵高频闪烁，提高LED的瞬时亮度，使光源在LED光源的亮度提高的情况下，不会提高电能消耗、LED的寿命也不会受到影响。

本发明光源电路中还设置有负载开关电路，它的目的是防止接入的电源反接而造成电路中的电子元件损坏，以保护整个电路。

调制电路的波特率在1.2k以上，以保证信号传输的速度和稳定。

为防止光源闪烁而造成人眼疲劳，振荡电路的输出频率一般设为90-120Hz。

本发明LED光源可作为汽车的照明和指示光源、航标灯等光源使用。

附图说明

图1为本发明LED光源实施例1电路框图

图2为现有LED光源的电路框图

图3为本发明LED光源实施例1输出的LED原始波形、调制电路输出的高频波形、光源实际的输出波形对比图

图4为信息接收装置的电路框图

图5为本发明LED光源实施例2电路框图

图6为本发明LED光源实施例2电路图

图7为本发明光源实施例2输出的LED原始波形、调制电路输出的高频波形、光源实际的输出波形对比图

图8为本发明LED光源实施例2输入LED点阵的电压波形

图9为用于接收本发明LED光源实施例2发出的光的光传感器的光信号输出波形

图10为本发明LED光源实施例3电路框图

图11为本发明LED光源实施例3电路图

具体实施方式

如图1所示的本发明LED光源实施例1，它包括电源和发光二极管点阵，在电源和发光二极管点阵之间还依次设有负载开关电路、开关电路、变压器。电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源。电路中还设有一调制电路，开关电路由调制电路控制。调制电路的波特率在1.2k以上。

如图3所示，图中波形1为LED原始波形，即在调制电路不工作时的LED光源的输出波形，它为直线。波形2为调制电路输出高频波形，它为方波。波形3为光源实际的输出波形，即本发明光源实施例1光源实际的输出波形，它为方波。

如图4所示的信息接收装置，它包括光传感器、放大器、串行接口、单片机，带有信息的、LED光源发出的光信号通过灵敏度较高的光传感器，将光信号转换为电信号，并将信号放大通过串口送入单片机，再由单片机控制其它外部设备，或通过其它外部设备提示或显示出来。

本发明LED光源实施例1可作为汽车的照明和指示光源、航标灯等光源使用。

如图5所示的本发明LED光源实施例2，它为汽车的照明和指示LED光源，它包括电源和发光二极管点阵，在电源和发光二极管点阵之间还依次设有负载开关电路、开关电路、变压器。电路中还设有一调制电路和一振荡电路，振荡电路和调制电路具有相同的时钟，开关电路由调制电路和振荡电路共同控制。调制电路的波特率在1.2k以上。

如图6所示的本发明LED光源实施例2电路图：其中：

负载开关电路为由功率MOSFET设计的负载开关电路(switch)，其工作原理为：只有当Vin和Vcon同时为正的时候，负载开关才被打开而使后级的振荡电路和变压器等工作，这样能够很好地避免因为电源的反接而造成后级电路的损害。

由于汽车使用的电源电压低，电路驱动的LED数量有限，为了增加LED点阵中LED的数量，通常会选择一个电压提升电路作为变压器。在LED驱动芯片的设计领域中，凌特公司的LT系列驱动产品和MAXIM公司的max系列驱动器走在了技术的前列，其产品均有较宽的电压输入范围，电压输出可调性好，封装小，温度特性好等特点，能够很好的解决在设计电路时所用的电源电压过低的问题。本发明LED光源实施例2从车用光源的驱动方面考虑，选取LT系列产品中的LT1618作为(升压)变压器，同时LT1618内还具有开关电路。

调制电路为单片机(P89C51X2BN)，单片机的P1.1-P1.7角接收信号，经调制后从串口输出一定频率的脉冲信号至LT1618的使能端，其作用是通过发出的脉冲信号来控制LT1618内的开关电路工作。

另外，单片机本身还可以作为振荡电路，单片机可设定输出一定频率的脉冲信号，经调制后的脉冲信号与该脉冲信号(两信号具有相同的时钟)叠加后输出，控制LT1618内的开关电路工作，以利于降低能耗，提高LED的使用寿命。若发现LED有闪烁的现象，说明单片机可设定输出的频率太低，将其输出频率设为90-120Hz，闪烁现象即可消失。

在LED点阵中，LED的串接使得在使用过程中会因为其中一只LED的损坏而导致整个光源的不能发光，为了有效的避免该问题的发生，在每只LED的两端，并联上一只普通二极管(普通二极管的开启电压小于LED的标称电压为益，普通的硅管和锗管就能够达到要求)，能很好的避免此问题的发生。

另外，由于车用光源要求亮度高，因此所需LED的数量比较多，其散热问题就变得尤为突出。在设计硬制板电路的时候，为了有效的散热，防止热量的集中，可将硬制板电路设计为上下两块，下层专用于调制电路及变压器，上层为LED点阵电路，能够避免因为LED的热量传递到驱动芯片而使其损坏。

如图7所示，图中波形1为LED原始波形，即在调制电路不工作时的LED光源的输出波形，它为直线。波形2为调制电路输出高频波形，它为方波。波形3为光源实际的输出波形，即本发明光源实施例2光源实际的输出波形，它为方波。

单片机叠加输出两信号具有相同的时钟，使得信息传递信号能够准确无误的传送给计算机，同时，为了不影响光的传输，在高频振荡处于闲置的时候，其输出始终保持高电平。

输入LED点阵的电压波形如图8，经过光传感器的光信号输出波形如图9。

如图10所示的本发明LED光源实施例3，它为汽车的照明和指示LED光源，它包括电源、变压器、LED点阵、调制电路，电源通过变压器为LED点阵提供电源；调制电路的输出端、变压器的输出端通过与门和发光二极管点阵的输入端连接。电源与变压器之间还依次设有负载开关电路、开关电路，开关电路由一振荡电路控制。调制电路的波特率在1.2k以上。

如图11所示的本发明LED光源实施例3电路图，其中：负载开关电路为由功率MOSFET设计的负载开关电路(switch)，LT1618作为变压器。

振荡电路为NE555，它的目的是产生一定频率的方波信号，以控制LT1618内的开关电路的关断或者提供脉宽及脉频调制以控制流过LED的电流，LT1618的目的是提升电源的电压而增加负载(LED)并提供恒定的电流，提高LED的瞬时亮度。这种设计能够很好的保正输出电路中电流的恒定型，也能够尽量多的增加所带的负载以满足LED的实际应用。

NE555的典型多谐振荡电路，其作用是提供一定频率的脉冲来控制LT1618内的开关电路工作，输出电压由R₃和R₄决定，其关系式为：

R₃＝R₄(V_out/1.263-1)

输出电流Io(流过LED的电流)由R₆决定，在确定了流过LED的电流之后，就可以方便的调整R₆的阻值来完成。其关系式为：

Io＝50mv/R₆

该电路在实测中有稳定的输出电流，输入电压的波动基本不影响输出电流和电压，其实际测量值如下表所示，表中的数值是按照设计输出电压为36V，输出电流为70mA得出的。

输入电压(V)	输出电压(V)	输出电流(mA)
输入电压(V)	输出电压(V)	输出电流(mA)	10	35.1	63
11	35.6	67	10	35.1	63
11	35.6	67	12	36.2	71
13	36.5	75	12	36.2	71

若发现LED有闪烁的现象，主要原因就是振荡电路的设计频率太低，将其输出频率改变为90-120Hz，闪烁现象随之消失。

本发明LED光源实施例3中所用LED的封装是贴片式的，其标称电压2.1伏，可以通过的最大电流为175mA，其亮度(红色)可达1125-2850mcd，视角可达120度，光通量可达51m。

调制电路(P87LPC676)输出信号必须与振荡电路的输出具有相同的时钟，这样才能使得信息传递信号能够准确无误的传送给计算机。因此，调制电路的使能端由振荡电路输出信号控制。同时，为了不影响光的传输，在高频振荡处于闲置的时候，其输出端始终保持高电平。

本发明LED光源实施例3波形同图7。

本发明LED光源实施例2、3中，要使传递的信号能够准确的被计算机接受，选择一种合理的通讯方式是至关重要的。如果在LED光信号里加入高频的脉冲信号，这种信号刚好能满足串行异步通讯的字符格式，再将这种串行通讯的格式转换成并行通讯的方式传输给计算机，然后由计算机完成信号的处理。然后由计算机下达指令于外部设备，提示驾驶者相应的操作。

串行通讯的字符格式主要由四个部分组成，起始位(1位低电平)、数据位(7位)，奇偶校验位(1位)和停止位(1位高电平)。因此将输出光信号按照这种格式进行编码，使其具有一定的含义，以便计算机能够识别这种信号。因此，在原有方波信号的基础上，加上更高频率的符合串行通讯格式的方波信号，就能完成LED信号的传递。由于所加的信息传输信号的高频特性，对人的视角影响不大。

从输入输出波形分看，输出光信号为矩形波信号，这就使得在能耗相同的情况下提高了LED的瞬时亮度。这种输出的载波信号，传输了与串行接口通讯相同的字符信号，能够通过串口被计算机接受和处理。

本发明LED光源实施例2、3信号灯的亮度比原始车灯的亮度强的情况下，流过LED的瞬时电流为70mA，加在LED两端的电压为36V，由此可以计算出光源消耗的功率P＝UI＝2.52W，与常用的白炽灯25W相比，显然大幅度的降低了能耗。由于光信号为含义信息的矩形波信号，在设计时充分考虑载波信号的频率，才能既可以有效的避免闪烁现象又可以准确无误的传递信息。

本发明LED光源实施例2、3在汽车光源中的应用，使得汽车光源更具有智能化。在汽车智能化光源设计当中，将不同的信息信号进行编码和规定，使得不同的编码信息表示不同性质的光源。例如将串行通讯字符中的数据位为1000011的指定为转向灯，而将1000111的指定为刹车灯等。将所有的车用光源进行唯一的编码，就能在智能化的汽车中使用，利用图形和声音等多媒体方式提示驾驶者对方车辆的意图。在汽车倒车的过程中，利用这种智能化光源，可以有效的减少事故，取代专用的雷达倒车系统。汽车的倒车灯发出的光信号遇到障碍物的时候放射回来，被光传感器接收然后送入计算机处理以提示驾驶者安全的车距。

随着汽车节能要求和智能化要求的提高，本发明LED光源实施例2、3必将成为汽车光源中的主流产品。

Claims

1、具有信息传递功能的发光二极管光源，它包括电源、变压器、发光二极管点阵，电源通过变压器为发光二极管点阵提供电源，其特征在于：它还包括调制电路，调制电路设置在电源与发光二极管点阵之间。

2、如权利要求1所述的光源，其特征在于：它还包括开关电路，开关电路设置在电源与发光二极管点阵之间，开关电路由调制电路控制。

3、如权利要求2所述的光源，其特征在于：它还包括振荡电路，振荡电路和调制电路具有相同的时钟，开关电路还由振荡电路控制。

4、如权利要求1所述的光源，其特征在于：调制电路的输出端、变压器的输出端通过与门和发光二极管点阵的输入端连接。

5、如权利要求4所述的光源，其特征在于：它还包括开关电路和振荡电路，开关电路设置在电源与发光二极管点阵之间，振荡电路和调制电路具有相同的时钟，开关电路由振荡电路控制。

6、如权利要求1或2或3或4或5所述的光源，其特征在于：电源和后级电路之间设有负载开关电路。

7、如权利要求1或2或3或4或5所述的光源，其特征在于：调制电路的波特率在1.2k以上。

8、如权利要求3或5所述的光源，其特征在于：振荡电路的输出频率为：90-120Hz。