CN204156868U - 一种驱动led车灯光通信的发射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种驱动LED车灯光通信的发射装置，其包括CPU处理器和电压变换电路，CPU处理器通过接口电路与汽车LIN/CAN总线通信连接，CPU处理器与电压变换电路通信连接，电压变换电路通过高频半导体开关与LED车灯驱动连接，对LED车灯设置有前向电压测试电路，前向电压测试电路的输出端与CPU处理器连接，CPU处理器电平输出端依次连接有D/A转换电路、低通滤波电路和恒流压控电路，恒流压控电路的输出端与电压变换电路的参考电压端连接。本实用新型能够动态调节通信数据电流波形的电平和频率，解决现有光通信技术中通信功能影响LED车灯照明光效和节电性的问题。

Description

一种驱动LED车灯光通信的发射装置

技术领域

本实用新型涉及可见光通信技术，具体是一种驱动LED车灯光通信的发射装置。

背景技术

可见光通信技术是对可见光光源进行调制，通过控制LED发光光强的高速闪烁进行发送信息。在实际运用中，在规定的光照强度下，要求通信调制不能影响正常的照明亮度。

常见的光强度调制方式有斩波调光(TRIAC Dimming)、数字调光(Digital Dimming)、脉宽调制调光(Pulse Width Modulation Dimming)、模拟调光(Analog Dimming) 等。其中，脉宽调制调光是以一定频率打开与闭合的开关控制电流脉冲信号的占空比，实现对LED 的发光强度调制。LED 的发光频率在60Hz 以上时，人眼就分辨不出LED 的亮暗闪烁，其适用于光通信系统。然而，在LED车灯为载体的光通信系统中，为保证法规规定的照明亮度，同时具有通信功能，必然会让LED车灯工作在高峰值电流条件下，而实际上，LED效率存在“Droop”效应，即电流密度增加，光效降低。所以，使得通信功能影响LED车灯的照明节电性。

而现有的光通信技术中，如CN 103600687 A公开的一种汽车车灯装置及其通过灯光传递信号的方法，该文献中的灯光发送设备由总线数据接收器、发送端微控制器、车灯驱动器和车灯组成，所述车灯驱动器的输出端驱动连接所述尾灯，用于驱动尾灯的亮度，所述尾灯用于产生包含本车运行数据信息的光信号，并发送出去。其未考虑照明电流在加载数据信号后对照明光效的影响，这样不仅浪费不必要的能耗，还会影响电路的结温，加快器件的失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种驱动LED车灯光通信的发射装置，其能够解决现有技术中通信功能影响LED车灯照明光效、节电性和可靠性问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种驱动LED车灯光通信的发射装置，包括CPU处理器和电压变换电路，所述CPU处理器通过接口电路与汽车LIN/CAN总线通信连接，CPU处理器与电压变换电路通信连接，所述电压变换电路通过高频半导体开关与LED车灯驱动连接。对所述LED车灯设置有测量正向压降的前向电压测试电路，所述前向电压测试电路的输出端与CPU处理器连接，CPU处理器电平输出端依次连接有D/A转换电路、低通滤波电路和恒流压控电路，所述恒流压控电路的输出端与电压变换电路的参考电压端连接。

所述CPU处理器为型号是MC9S12XS128的单片机，单片机的管脚51~52通过型号为MC33661的LIN总线驱动器与汽车LIN总线连接，单片机的管脚45为前向电压输入端；

所述电压变换电路包括型号为LM3421的LED驱动控制器，单片机的管脚63通过三极管Q7与LM3421的管脚8连接，LM3421的管脚7为参考电压端，LM3421的管脚12与一NPN型三极管Q4的基极连接，LM3421的管脚9与三极管Q4的发射极电阻连接，三极管Q4的集电极分别与一NPN型三极管Q2和一PNP型三极管Q3的基极连接，三极管Q2的集电极与基极电阻连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极连接，三极管Q3的集电极与一PNP型三极管Q6的基极连接，三极管Q3的集电极还连接供电源电压且通过一二极管与基极连接，三极管Q6的发射极与三极管Q2的集电极电阻连接，三极管Q6的集电极与LM3421的管脚7连接且通过电阻接地；

所述高频半导体开关包括GaN基的高电子迁移率晶体管Q1，Q1的G极与三极管Q2的发射极连接，Q1的D极与LM3421的管脚1间连接一GaN基的二极管D5，Q1的S极连接有第一电阻，所述第一电阻与Q1的S极连接的一端与LM3421的管脚15电阻连接，第一电阻的另一端与LM3421的管脚16电阻连接且连接供电源电压，二极管D5的负极与Q2的集电极连接，所述LED车灯连接于二极管D5的负极与Q1的D极之间。

本实用新型的CPU处理器将通信数据发送至电压变换电路进行调制，电压变换电路将通信数据以高低电平的形式调制在LED车灯的照明直流电流波上，CPU处理器实时根据LED车灯的结温值，结合汽车LIN/CAN总线的行车参数及通信数据，对电压变换电路提供参考电压，电压变换电路根据参考电压调节通信数据对应电流波形的高、低电平值以及频率。本方案一方面通过结温调节保证了LED车灯的使用寿命，保护电路器件；又一方面通过调节数据通信中电流波形的高低电平差值，在保证不同车距间能够可靠通信的同时提高了照明光效，最大程度的避免“droop”效应的发生；再一方面能够通过频率调节，提高通信速率，保证通信的及时性。

附图说明

图1为本实用新型一种驱动LED车灯光通信的发射装置的系统结构图；

图2为图1中CPU处理器的管脚结构图；

图3为图1中CPU处理器与汽车LIN总线的一种连接电路；

图4为图1中电压变换电路的一种具体结构图；

图5为图1中前向电压测试电路的一种具体结构图；

图6为图1中恒流压控电路的一种具体结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

一种驱动LED车灯光通信的发射装置，如图1所示，包括起控制作用和进行数据处理、输出的CPU处理器1，以及为LED车灯5提供驱动电流的电压变换电路10。所述CPU处理器1通过接口电路3与汽车LIN/CAN总线2通信连接，以获取光通信的信息内容。所述电压变换电路10对CPU处理器1发送来的通信数据以高、低电平的形式调制到照明电流上，受电压变换电路10驱动的高频半导体开关6为电流波形的调制器件。

对所述LED车灯5设置有测量正向压降的前向电压测试电路4，所述前向电压测试电路4的输出端与CPU处理器1连接，CPU处理器1根据正向压降和温度系数算出LED车灯5的结温值，并结合通信数据从电平输出端输出数字式参考电平。CPU处理器1电平输出端依次连接有D/A转换电路8、低通滤波电路9和恒流压控电路7，对参考电平进行模拟量转换。所述恒流压控电路7的输出端与电压变换电路10的参考电压端连接进行线与，电压变换电路10的输出电流值大小参考电压大小决定，即是通信数据编码的电流波形的高、低电平值由CPU处理器1对结温和通信数据进行模糊分类判决后的参考电压决定。

作为一种具体的实现电路，所述CPU处理器1为飞思卡尔16位单片机MC9S12XS128，单片机的管脚对应的端子编号如图2所示，单片机的管脚51~52（即是端子LIN-RXD、LIN-TXD、LIN-EN）通过型号为MC33661的LIN总线驱动器与汽车LIN总线连接，如图3所示，单片机的管脚45（即是端子PAD06）为前向电压输入端，其余管脚的设置参见图2。

所述电压变换电路10包括型号为LM3421的LED驱动控制器，LM3421的管脚设置如图4所示，LM3421的管脚8（即是端子nDIM）通过三极管Q7与单片机的管脚63（即是端子PWM7）连接，LM3421的管脚7（即是端子OVP）为参考电压端，LM3421的管脚12（即是端子VCC）与一NPN型三极管Q4的基极连接，LM3421的管脚9（即是端子DDRV）与三极管Q4的发射极电阻连接，三极管Q4的集电极分别与一NPN型三极管Q2和一PNP型三极管Q3的基极连接，三极管Q2的集电极与基极电阻连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极连接，三极管Q3的集电极与一PNP型三极管Q6的基极连接，三极管Q3的集电极还连接供电源电压且通过一二极管与基极连接，三极管Q6的发射极与三极管Q2的集电极电阻连接，三极管Q6的集电极与LM3421的管脚7（即是端子OVP）连接且通过电阻接地。

为避免电压变换电路10控制过程中出现非收敛性，引起开关电源的非正常工作，导致照明功能失效，所述可变方波调制用的高频半导体开关6采用GaN基的高电子迁移率晶体管Q1，其开关频率小于开关电源工作频率的十分之一，且为避免视觉性能畸变，Q1的工作频率大于200Hz为宜。Q1的G极与Q2的发射极连接，Q1的D极与LM3421的的管脚1（工作电压端）间连接一GaN基的二极管D5，Q1的S极连接有第一电阻RSNS1，所述第一电阻RSNS1与Q1的S极连接的一端与LM3421的管脚15（即是端子HSP）电阻连接，第一电阻RSNS1的另一端与LM3421的管脚16（即是端子HSN）电阻连接且连接供电源电压，二极管D5的负极与Q2的集电极连接，代表LED车灯5的ILED1连接于二极管D5的负极与Q1的D极之间。

所述前向电压测试电路4用于测试LED车灯5的正向压降，CPU处理器1根据正向压降和温度系数计算结温，其电路结构如图5所示。所述恒流压控电路7中，如图6所示，通过运放LM358和场效应管组成，实现对电压变换电路10的参考电压Vref进行线与。其余的D/A转换电路8和低通滤波电路9采用现有模块即可，不再赘述。

Claims (2)

1.一种驱动LED车灯光通信的发射装置，包括CPU处理器和电压变换电路，所述CPU处理器通过接口电路与汽车LIN/CAN总线通信连接，CPU处理器与电压变换电路通信连接，所述电压变换电路通过高频半导体开关与LED车灯驱动连接，其特征在于：对所述LED车灯设置有测量正向压降的前向电压测试电路，所述前向电压测试电路的输出端与CPU处理器连接，CPU处理器电平输出端依次连接有D/A转换电路、低通滤波电路和恒流压控电路，所述恒流压控电路的输出端与电压变换电路的参考电压端连接。

2.根据权利要求1所述的驱动LED车灯光通信的发射装置，其特征在于：所述CPU处理器为型号是MC9S12XS128的单片机，单片机的管脚51~52通过型号为MC33661的LIN总线驱动器与汽车LIN总线连接，单片机的管脚45为前向电压输入端；

所述电压变换电路包括型号为LM3421的LED驱动控制器，单片机的管脚63通过三极管Q7与LM3421的管脚8连接，LM3421的管脚7为参考电压端，LM3421的管脚12与一NPN型三极管Q4的基极连接，LM3421的管脚9与三极管Q4的发射极电阻连接，三极管Q4的集电极分别与一NPN型三极管Q2和一PNP型三极管Q3的基极连接，三极管Q2的集电极与基极电阻连接，三极管Q2的发射极与三极管Q3的发射极连接，三极管Q3的集电极与一PNP型三极管Q6的基极连接，三极管Q3的集电极还连接供电源电压且通过一二极管与基极连接，三极管Q6的发射极与三极管Q2的集电极电阻连接，三极管Q6的集电极与LM3421的管脚7连接且通过电阻接地；

所述高频半导体开关包括GaN基的高电子迁移率晶体管Q1，Q1的G极与三极管Q2的发射极连接，Q1的D极与LM3421的管脚1间连接一GaN基的二极管D5，Q1的S极连接有第一电阻，所述第一电阻与Q1的S极连接的一端与LM3421的管脚15电阻连接，第一电阻的另一端与LM3421的管脚16电阻连接且连接供电源电压，二极管D5的负极与Q2的集电极连接，所述LED车灯连接于二极管D5的负极与Q1的D极之间。