一种GHz高速LED光通信驱动器

摘要

本发明公开了一种GHz高速LED光通信驱动器，供电模块用于适合输出所需的恒压供电并对输出电流进行限制；LED工作模块由谐振腔、LED和K101构成；控制模块包括PWM发生装置、正电Buffer、负电Buffer，用于对开关K101进行开关控制；恒流模块由电阻、电容和运放构成；LED的阴极与开关K101、电阻依次串联后接地；谐振腔与LED并联；限流恒压单元一端与LED阳极连接，另一端接地；PWM发生装置的输出同时与正电Buffer的输入端和负电Buffer输入端连接；正、负电Buffer输出端输出控制信号以控制开关K101。本发明能够实现K101的高速开、关，从而实现对LED的超高速光调制。

权利要求

1.一种GHz高速LED光通信驱动器，包括供电单元、LED工作模块、开关控制模块和恒流模块；其特征在于：供电模块由限流恒压供电单元构成，用于适合输出所需的恒压供电并对输出电流进行限制；LED工作模块由谐振腔、LED和开关K101构成；控制模块包括PWM发生装置、正电Buffer、负电Buffer，用于对开关K101进行开关控制；恒流模块由电阻、电容和运放构成；LED的阴极与开关K101、电阻依次串联后接地；谐振腔与LED并联；限流恒压单元一端与LED阳极连接，另一端接地；PWM发生装置的输出同时与正电Buffer的输入端和负电Buffer输入端连接；正电Buffer的输出端和负电Buffer输出端输出控制信号以控制开关K101；运放的同相输入端接地，反相输入端与电阻的非接地端连接；运放的反相输入端和运放的输出端之间连接有电容C1；运放的输出端还与限压恒流单元连接；

当PWM发生装置产生一个正电压时，正电Buffer和负电Buffer驱动开关K101开通，LED通过限流恒压供电单元以及恒流模块正向供电并产生一个过冲的电流，使LED快速发亮，此时谐振腔同时储存能量；当PWM发生装置产生一个特定的负电压时，正电Buffer和负电Buffer驱动高电子迁移率晶体管K101关闭，谐振腔通过谐振产生一个反向尖峰电压对LED反向供电，以加快LED的关断；所述谐振腔经控制谐振参数后，可控制反向供电的时间，以实现时序控制，使谐振腔与LED关断时间可比拟。

2.根据权利要求1所述的一种GHz高速LED光通信驱动器，其特征在于：所述限压恒流单元包括依次串联的滤波器、整流桥和功率转换电路；滤波器另一端是AC输入端，用于市电输入；市电经滤波器滤波、整流桥整流后进入功率转换电路；所述功率转换电路用于实现直流转直流以产生一个适合输出所需的恒压供电并对输出电流进行限制，输出的电压为Va，Vb和Vg三组。

3.根据权利要求2所述的一种GHz高速LED光通信驱动器，其特征在于：还包括连接在整流桥和功率转换电路之间的PFC；所述PFC用于功率因素校正并产生一个高压直流输出，以降低对市电的谐波干扰。

4.根据权利要求1所述的一种GHz高速LED光通信驱动器，其特征在于：开关K101为高电子迁移率晶体管。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种GHz高速LED光通信驱动器，其特征在于：所述控制装置包括变频引擎、参考时钟信号源、基准电源、压控振荡器、补偿网络、程序控制和缓冲器；还包括电容C2；参考时钟信号源、基准电源、压控振荡器、补偿网络和程序控制的输出分别与变频引擎连接；基准电源的输出还与程序控制连接，程序控制的输出同时还与缓冲器连接；缓冲器的输出串联电容C2后用于控制开关K101。

说明书

一种GHz高速LED光通信驱动器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种LED光通信驱动，尤其涉及一种高速一种LED高速光通信驱动器。

背景技术

[0002] LED光通信技术是近年来逐步发展起来的一种全新的通信技术，很多相关的技术研究还处在起步阶段，尤其在高速LED器件、高速开关电路的技术更是几乎空白。光通信是要实现超高速的光开关速率，而并不是常见电路中的高速开关，这里强调的是光的开关速率，并非电子或空穴的开关速率。光通信用以补充WIFI等无线通信应用的不足，在某些领域替代WIFI成为一种全新的通信方式。LED光通信技术是近年来逐步发展起来的一种全新的通信技术，很多相关的技术研究还处在起步阶段，尤其在高速LED器件、高速开关电路的技术更是几乎空白。LED灯串联一个开关进行简单调制是全新开拓的领域，LED光通信需要一个高速的驱动调制电路支持，目前在超高速的应用中尚无一个系统的调制解决方案。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种高速LED光通信驱动器，本发明涉及一种LED高速光通信驱动器能够实现系统的GHz超高速的LED光调制。

[0004] 为实现上述技术，本发明采取的技术方案是：一种GHz高速LED光通信驱动器，包括供电单元、LED工作模块、开关控制模块和恒流模块；其特征在于：供电模块由限流恒压供电单元构成，用于适合输出所需的恒压供电并对输出电流进行限制；LED工作模块由谐振腔、LED和开关K101构成；控制模块包括PWM发生装置、正电Buffer、负电Buffer，用于对开关K101进行开关控制；恒流模块由电阻、电容和运放构成；LED的阴极与开关K101、电阻依次串联后接地；谐振腔与LED并联；限流恒压单元一端与LED阳极连接，另一端接地；PWM发生装置的输出同时与正电Buffer的输入端和负电Buffer输入端连接；正电Buffer的输出端和负电Buffer输出端输出控制信号以控制开关K101；运放的同相输入端接地，反相输入端与电阻的非接地端连接；运放的反相输入端和运放的输出端之间连接有电容C1；运放的输出端还与限压恒流单元连接；

[0005] 当PWM发生装置产生一个正电压时，正电Buffer和负电Buffer驱动开关K101开通，LED通过限流恒压供电单元以及恒流模块正向供电并产生一个过冲的电流，使LED快速发亮，此时谐振腔同时储存能量；当PWM发生装置产生一个特定的负电压时，正电Buffer和负电Buffer驱动高电子迁移率晶体管K101关闭，谐振腔通过谐振产生一个反向尖峰电压对LED反向供电，以加快LED的关断；所述谐振腔经控制谐振参数后，可控制反向供电的时间，以实现时序控制，使谐振腔与LED关断时间可比拟。

[0006] 作为本发明进一步改进的技术方案,所述限压恒流单元包括依次串联的滤波器、整流桥和功率转换电路；滤波器另一端是AC输入端，用于市电输入；市电经滤波器滤波、整流桥整流后进入功率转换电路；所述功率转换电路用于实现直流转直流以产生一个适合输出所需的恒压供电并对输出电流进行限制，输出的电压为Va，Vb和Vg三组。

[0007] 作为本发明进一步改进的技术方案,还包括连接在整流桥和功率转换电路之间的PFC；所述PFC用于功率因素校正并产生一个高压直流输出，以降低对市电的谐波干扰。

[0008] 作为本发明进一步改进的技术方案,开关K101为高电子迁移率晶体管.[0009] 作为本发明进一步改进的技术方案,所述控制装置包括变频引擎、参考时钟信号源、基准电源、压控振荡器、补偿网络、程序控制和缓冲器；还包括电容C2；参考时钟信号源、基准电源、压控振荡器、补偿网络和程序控制的输出分别与变频引擎连接；基准电源的输出还与程序控制连接，程序控制的输出同时还与缓冲器连接；缓冲器的输出串联电容C2后用于控制开关K101。

[0010] PFC中文名称为：功率因素校正，本发明中PFC作为功率因素校正电路，用以增加整流器的导通角，修正输入电流的波形使之跟随电压波形成为较为理想的正弦波，从而降低输入谐波含量，改善电网的相互干扰。另外，由于谐波含量的下降也使得后一级系统的扰动成份减少，提升了系统的性能。PWM是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是一种高频斩波的方法，通过调节周期内占空比的大小实现对输出参数精确控制的功能。

[0011] 本发明的工作原理：a：限流恒压供电单元用以提供供电模块；其中AC输入是市电输入，滤波器是进行滤波，整流桥是进行整流，PFC是进行功率因素校正并产生一个高压直流输出，PFC模块仅为降低对市电的谐波干扰，功率转换电路是实现直流转直流以产生一个适合输出所需的恒压供电并对输出电流进行限制，输出的电压为Va，Vb和Vg三组以及更多的其他组输出电压；b：谐振腔、LED和开关K101构成LED工作模块；c：PWM发生装置及正电Buffer、负电Buffer构成对开关K101的开关控制的控制模块，该控制模块最重要的是实现正、负电压的供电，采用的是“相对”电平转换法，如图3，Vg同时送给控制芯片作为控制芯片的地，而Vg<0，也即是说控制芯片的地要低于LED工作时的接地，但芯片所需的供电Vvco和Vref相对于Vg必须是正的，则Va＝Vvco+Vg>0，Vb＝Vref+Vg>0，通过调节Vg的值则可实现控制芯片的输出相对于LED工作时的接地为正、负电压驱动，并同时实现超高速控制(因为是由控制芯片即时产生，没有转换时间的需求，只是功耗略有增加)；d：电阻、电容和运放构成恒流模块。

[0012] 当控制芯片产生一个高电平时(此高电平相对于LED工作时的电平为正)，通过正电Buffer和负电Buffer驱动高电子迁移率晶体管K101开通，LED通过市电通过转换产生的正向电压进行供电并产生一个过冲的电流，LED快速发亮，此时谐振腔同时储存能量。当控制芯片产生一个特定的低电平时(此低电平相对于LED工作时的电平为负)，通过正电Buffer和负电Buffer驱动高电子迁移率晶体管K101关闭，谐振腔通过谐振产生一个反向尖峰电压对LED反向供电，加快LED的电关断。另外，通过精确控制谐振参数可严格控制反向供电的时间也即时序控制法，使其与LED电关断时间可比拟，从而避免能带弯曲所带来的载流子辐射复合效率下降而使光关断速率加快。

[0013] 所谓过冲开通，是指LED在启动的上升阶段处于瞬时过电流工作状态，随后才进入稳态的恒流工作状态。所谓电关断和光关断是指LED实际上有两个关断过程，一个是将外加载的电切断，称为电关断，此时LED并不会立刻熄灭，而是在经过一小段时间之后才熄灭；光的熄灭称之为光关断，那么，与之对应的也有电开启和光开启，也即是说，LED的电和光是有一定的时序关系的。

[0014] 本发明能够实现开关K101的GHz高速开、关，从而实现对LED的高速光调制。与传统简单串联一个普通开关管对LED进行调制不同，本发明采用了谐振法、过冲开通法、反向注入法、能带弯曲矫正法、创新的时序控制以及相对电平转换法、正负压驱动法去驱动一个新型的高电子迁移率晶体管，例如HEMT器件，其工作于线性放大状态，并提供一个系统的GHz超高速驱动解决方案。

附图说明

[0015] 图1为本发明的原理总框图。

[0016] 图2为本发明的实现原理框图。

[0017] 图3为本发明的LED驱动回路解析示意图。

[0018] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

具体实施方式

[0019] 实施例1

[0020] 参见图1，本一种GHz高速LED光通信驱动器，包括供电单元、LED工作模块、开关控制模块和恒流模块；其特征在于：供电模块由限流恒压供电单元构成，用于适合输出所需的恒压供电并对输出电流进行限制；LED工作模块由谐振腔、LED和开关K101构成；控制模块包括PWM发生装置、正电Buffer、负电Buffer，用于对开关K101进行开关控制；恒流模块由电阻、电容和运放构成；LED的阴极与开关K101、电阻依次串联后接地；谐振腔与LED并联；限流恒压单元一端与LED阳极连接，另一端接地；PWM发生装置的输出同时与正电Buffer的输入端和负电Buffer输入端连接；正电Buffer的输出端和负电Buffer输出端输出控制信号以控制开关K101；运放的同相输入端接地，反相输入端与电阻的非接地端连接；运放的反相输入端和运放的输出端之间连接有电容C1；运放的输出端还与限压恒流单元连接；

[0021] 当PWM发生装置产生一个正电压时，正电Buffer和负电Buffer驱动开关K101开通，LED通过限流恒压供电单元以及恒流模块正向供电并产生一个过冲的电流，使LED快速发亮，此时谐振腔同时储存能量；当PWM发生装置产生一个特定的负电压时，正电Buffer和负电Buffer驱动高电子迁移率晶体管K101关闭，谐振腔通过谐振产生一个反向尖峰电压对LED反向供电，以加快LED的关断；所述谐振腔经控制谐振参数后，可控制反向供电的时间，以实现时序控制，使谐振腔与LED关断时间可比拟。

[0022] 作为优选方案,本实施例1中，参见图2，所述限压恒流单元包括依次串联的滤波器、整流桥和功率转换电路；滤波器另一端是AC输入端，用于市电输入；市电经滤波器滤波、整流桥整流后进入功率转换电路；所述功率转换电路用于实现直流转直流以产生一个适合输出所需的恒压供电并对输出电流进行限制，输出的电压为Va，Vb和Vg三组。还包括连接在整流桥和功率转换电路之间的PFC；所述PFC用于功率因素校正并产生一个高压直流输出，以降低对市电的谐波干扰。开关K101为高电子迁移率晶体管。所述控制装置包括变频引擎、参考时钟信号源、基准电源、压控振荡器、补偿网络、程序控制和缓冲器；还包括电容C2；参考时钟信号源、基准电源、压控振荡器、补偿网络和程序控制的输出分别与变频引擎连接；基准电源的输出还与程序控制连接，程序控制的输出同时还与缓冲器连接；缓冲器的输出串联电容C2后用于控制开关K101。

[0023] 本一种LED高速光通信驱动器的工作过程实际上简单点说，就是开和关两个过程：当PWM发生装置产生一个正电压时，通过Buffer驱动高电子迁移率晶体管K101开通，LED通过限流恒压供电模块以及恒流模块正向供电并产生一个过冲的电流，LED快速发亮，此时谐振腔同时储存能量。当PWM发生装置产生一个特定的负电压时，通过Buffer驱动高电子迁移率晶体管K101关闭，谐振腔通过谐振产生一个反向尖峰电压对LED反向供电，加快LED的电关断。另外，通过精确控制谐振参数可严格控制反向供电的时间也即时序控制法，使其与LED电关断时间可比拟，从而避免能带弯曲所带来的载流子辐射复合效率下降而使光关断速率加快。