LED照明通信中的调光技术研究

王树炜

摘 要：依据LED照明通信的基本原理，采用PWM调光方式，利用SMD802设计了LED照明通信的调光电路，并对其进行了实验验证，取得了良好的效果。

关键词：LED照明通信；LED调光；PWM调光

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.088

1 引言

LED照明通信即可见光通信（VLC），是一种使用可见光作为信息载体的新型无线光通信方式，具有通信和照明双重功能[1]。它是利用发光二极管高速点灭的特性，通过LED发出的光载波信号对信息进行调制和传输，最后通过光电转换器件接收、解调信号，实现信息传递。LED照明通信具有节能、长寿、可控性高、绿色环保等显著优点，且LED响应时间非常短，可实现快速调制，能进行超高速数据通信[2]。实现LED照明通信要经过调制编码、调光以及光电接收和解调的过程，本文从实际应用出发，对LED照明通信中的调光部分进行设计研究。

2 LED照明通信的设计原理

LED照明通信的总体设计如图1所示，主要包括控制单元、非隔离调光模块和光电接收解调模块。系统通过隔离电源对220V家用电进行变压，产生Vcc对系统进行供电。数据通过调制编码模块产生调制信号。然后将信号通过非隔离调光模块进行调光，再以可见光为载体，利用LED将调光后的信号传递到自由空间。光电检测装置接收到光信号后，将信号转换为电信号，然后通过解调模块进行解调，最终还原出原始数据信号。

3 调光技术研究

本文采用脉冲宽度（PWM）调光方式进行LED调光。PWM调光利用相应占空比的脉宽调制信号，通过设置LED灯，保持其导通电流恒定，改变LED导通时间，以高频率快速控制开关功率管的通断，使LED灯间歇性的开或者关，以改变平均输出电流的方式进行调光[3]。PWM调光能够实现0～100%不闪烁调光，且在调光范围内，颜色能够保持一致，LED工作电流恒定，调光比的大小改变不影响工作电流[4]。

4 调光电路设计

本文使用SMD802作为调光芯片[5]。其电路如图2所示，当VDD电压大于其欠压闭锁电压阈值时，GATE端输出高电平，外部功率MOSFET工作。功率MOSFET的源极与采样电阻R串联，采样电阻将电压反馈到CS脚上，当此电压超过设定的阈值电压时，GATE端输出低电平，功率管MOSFET关断，这样便限制了通过采样电阻的峰值电流。当GATE端输出高电平驱动功率MOSFET时，LED驱动器将能量储存到电感上，并将部分能量传给LED灯串，关断功率MOSFET時，电感上储存的能量转换为LED灯串的驱动电流。

（1）频率设计。震荡器的工作频率能被用一个外部电阻ROSC 在25kHz到300kHz之间设定，其计算公式为：

取开关频率fosc=300kHz，则ROSC=61.3。

（2）电感设计。LED灯串电路如图3所示，正常电流ILED =350mA ，ILEDs=700mA。每个二极管在额定电流时的正向压降为3V，则此LED串的VLEDs是9V。整流后输入电压。开关的占空比：，计算出功率MOSFE的导通时间为：

由此得出电感的大小为：

（3）调光电流设计。电感纹波电流的峰峰值是210mA，CS的阈值电压为250mV，要得到700mA的电流，该采样电阻应为：R=250mV/（700mA+ 0.5*210mA）=0.31。

5 实验验证

如图4所示为实验波形图。CH2通道上为PWM信号，CH1通道上为光电检测后输出信号波形。其中，CH1通道中1为LED调光形成的高频成分，2与CH2通道中PWM信号部分相对应。PWM信号经过LED调光转换为可见光信号后，成功被光电检测电路还原为PWM信号，取得了理想的效果。

6 结论

笔者基于LED照明通信的基本原理，利用PWM调光技术，设计了LED调光电路，取得良好效果。将此电路用于LED照明通信，能够保证LED光源稳定不闪烁，具有广阔的应用价值。

参考文献：

[1]何胜阳.室内可见光通信系统关键技术研究[D].哈尔滨工业大学，2013.

[2]徐子轩.基于LED照明系统的可见光无线通信系统研究[D].江南大学，2012.

[3]张昊程.LED调光方案及其驱动器设计[D].西安电子科技大学，2012.

[4]骆康城.大功率LED驱动研究[D].浙江大学，2013.

[5]骆祖国，陈渊睿.高效LED照明驱动及智能调光电路设计[J].微处理机，2011，32（02）：84-87.endprint