一种BPSK可见光通信调制的单级LED驱动电路与方法转让专利
申请号 : CN202011025023.X
文献号 : CN112040603B
文献日 : 2021-07-27
发明人 : 林维明 , 陈欣玮 , 朱逸
申请人 : 福州大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种BPSK可见光通信调制的单级LED驱动电路,其特征在于,包括:AC‑DC电路、降压CukPFC变换器电路单元、以及同步整流Buck电路单元;所述AC‑DC电路将市电交流电源变换为直流为后续电路供电,所述降压CukPFC变换器电路单元和同步整流Buck电路单元共用同一个开关管而内在集成为单级电路;所述单级电路的输出为负载LED供电;
所述降压CukPFC变换器电路单元包括:第一功率MOS开关管S1、第一电感L1、第二电感L2、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、高频电容C1以及直流母线电容CBUS;
所述同步整流Buck电路单元包括:第一功率MOS开关管S1、DC‑DC电感Lb、同步整流MOS开关管S2、输出电容C0;
所述市电交流电源连接AC‑DC电路的输入端,所述AC‑DC电路的正向输出端连接第一电感L1的一端,所述第一电感L1的另一端分别连接第二电感L2的一端、直流母线电容CBUS的正端、同步整流MOS开关管S2的漏极、DC‑DC电感Lb的一端;所述的第二电感L2的另一端分别连接第一功率二极管D1的阴极和高频电容C1的一端;所述直流母线电容CBUS的负端分别连接第一功率二极管D1的阳极、第二功率二极管D2的阴极、第三功率二极管的D3的阳极;所述同步整流MOS开关管S2的源极分别连接第三功率二极管D3的阴极、输出电容C0的负端、第一功率MOS开关管S1的漏极和负载LED的一端;所述DC‑DC电感Lb的另一端连接输出电容C0的正端和负载LED的另一端;所述AC‑DC电路的负向输出端分别连接高频电容C1的另一端、第二功率二极管D2的阳极和第一功率MOS开关管S1的源极。
2.根据权利要求1所述的一种BPSK可见光通信调制的单级LED驱动电路,其特征在于,所述AC‑DC电路采用二极管整流桥BD1,其桥臂上的二极管均采用普通慢速功率二极管;所述第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三功率二极管D3均为快恢复功率二极管。
3.根据权利要求1所述的一种BPSK可见光通信调制的单级LED驱动电路,其特征在于,所述第一功率MOS开关管S1和同步整流MOS开关管S2采用硅基功率MOS管或者宽禁带半导体功率MOS开关管。
4.根据权利要求1所述的一种BPSK可见光通信调制的单级LED驱动电路,其特征在于,所述直流母线电容CBUS和输出电容C0均为电解电容。
5.一种基于权利要求1‑4任一项所述的BPSK可见光通信调制的单级LED驱动电路的调制方法,其特征在于,采用BPSK通信数据载波信号与单级LED驱动电路的输出电流反馈构成控制信号生成PWM波形,以控制第一功率MOS开关管S1和同步整流MOS开关管S2,具体为:采集单级LED驱动电路的输出电流信号A,将电流信号A与参考电流Iref一同输入PI补偿网络得到控制信号B,将BPSK通信数据载波信号与控制信号B一起送入PWM调制单元,得到PWM驱动信号,用以驱动第一功率MOS开关管S1和同步整流MOS开关管S2, 实现输出电流纹波相位变化和输出电流平均值为恒定;PWM波形的相位随着数据载波波形相位变化而变化,利用输出电流纹波不同相位信号来传输代表0和1数据的可见光通信数据。
说明书 :
一种BPSK可见光通信调制的单级LED驱动电路与方法
技术领域
背景技术
此,对于半导体LED光源来说,设计性价比较高的驱动电源是首要问题。单级交流/直流转换
器在过去几十年中因其成本效益,紧凑的尺寸和简单的控制而备受关注。单级LED驱动电源
相较于传统前级PFC加上后级DC‑DC两级驱动电源,只需要一套控制回路,大大降低了电路
的复杂性;减少了半导体功率器件的使用,降低了驱动电源的尺寸、重量与制造成本,减少
了电路损耗,提高了变换器的效率,具有重要的实用价值。
网络,实现信息从服务器到达客户端的无线传输。在这种情况下,与白炽灯和荧光灯相比,
LED作为光源具有很大的优势,因此LED的频率响应为许多应用提供足够的带宽,以高速传
输数字数据,对发展高效VLC调制方法具有重要意义。
发明内容
市电交流电源变换为直流为后续电路供电,所述降压CukPFC变换器电路单元和同步整流
Buck电路单元共用同一个开关管而内在集成为单级电路;所述单级电路为负载LED供电。
及直流母线电容CBUS;
的正端、同步整流MOS开关管S2的漏极、DC‑DC电感Lb的一端;所述的第二电感L2的另一端分
别连接第一功率二极管D1的阴极和高频电容C1的一端;所述直流母线电容CBUS的负端分别连
接第一功率二极管D1的阳极、第二功率二极管D2的阴极、第三功率二极管的D3的阳极;所述
同步整流MOS开关管S2的源极分别连接第三功率二极管D3的阴极、输出电容C0的负端、第一
功率MOS开关管S1的漏极和负载LED的一端;所述DC‑DC电感Lb的另一端连接输出电容C0的正
端和负载LED的另一端;所述AC‑DC电路的负向输出端分别连接高频电容C1的另一端、第二
功率二极管D2的阳极和第一功率MOS开关管S1的源极。
复功率二极管。
生成PWM波形,以控制第一功率MOS开关管S1和同步整流MOS开关管S2,具体为:
得到PWM驱动信号,用以驱动第一功率MOS开关管S1和同步整流MOS开关管S2, 实现输出电
流纹波相位变化和输出电流平均值为恒定;PWM波形的相位随着数据载波波形相位变化而
变化,利用输出电流纹波不同相位信号来传输代表0和1数据的可见光通信数据。同时,所述
单级LED驱动电路开关管的控制,需要满足交流输入网侧功率因数校正和输入电流谐波限
制要求。
因数、低成本的单级AC‑DC变换电路。
附图说明
具体实施方式
理解的相同含义。
也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
将市电交流电源变换为直流为后续电路供电,所述降压CukPFC变换器电路和同步整流Buck
电路共用同一个开关管而内在集成为单级电路;所述单级电路为负载LED供电。
及直流母线电容CBUS;
的正端、同步整流MOS开关管S2的漏极、DC‑DC电感Lb的一端;所述的第二电感L2的另一端分
别连接第一功率二极管D1的阴极和高频电容C1的一端;所述直流母线电容CBUS的负端分别连
接第一功率二极管D1的阳极、第二功率二极管D2的阴极、第三功率二极管的D3的阳极;所述
同步整流MOS开关管S2的源极分别连接第三功率二极管D3的阴极、输出电容C0的负端、第一
功率MOS开关管S1的漏极和负载LED的一端;所述DC‑DC电感Lb的另一端连接输出电容C0的正
端和负载LED的另一端;所述AC‑DC电路的负向输出端分别连接高频电容C1的另一端、第二
功率二极管D2的阳极和第一功率MOS开关管S1的源极。
快恢复功率二极管。
号生成PWM波形,以控制第一功率MOS开关管S1和同步整流MOS开关管S2,具体为:
得到PWM驱动信号,用以驱动第一功率MOS开关管S1和同步整流MOS开关管S2, 实现输出电
流纹波相位变化和输出电流平均值为恒定;PWM波形的相位随着数据载波波形相位变化而
变化,利用输出电流纹波不同相位信号来传输代表0和1数据的可见光通信数据,同时,所述
单级LED驱动电路开关管的控制,需要满足交流输入网侧功率因数校正和输入电流谐波限
制要求。
电路的工作过程与可见光通信调制方法,如图2、图3、图4、图5、图6、图7所示。
流线性上升,此模态分两种工作情况:
S1电流为Buck单元电流ib,iS≈ib,二极管D2上的电流为ib‑iCuk,即母线电容CBUS处于放电状
态。开关管S1导通时,Buck单元开关管S2截止,输出电容Co向负载LED供电。此时等效电路如
图2所示。
电流为降压Cuk单元电流,iS1≈iCuk=iL1+iL2,二极管D3上的电流为iCuk‑ib,该电流差对母线电
容CBUS进行充电。此时等效电路如图3所示。
压瞬时值Vin大于母线电容电压VBUS且第一功率MOS开关管S1为关断状态时,Vin‑L1‑L2‑C1、L2‑
CBUS‑D1和S2‑Lb‑C0&LED三个回路同时导通,Cuk单元电感L1、L2和Buck单元电感Lb放电,电容C1
和母线电容CBUS充电。二极管D1导通,二极管D2、D3截止;Buck单元同步整流MOS管S2导通,
Buck单元电感Lb通过开关管S2对输出电容Co和负载LED进行放电。当电感L2储存的能量未放
完之前,二极管D1保持导通状态。
和S2‑Lb‑C0&LED两个回路同时导通,降压Cuk单元电感L2的储存能量向直流母线电容CBUS释
放完后,PFC电感L1能量继续向高频电容C1释放,L1电流iL1流经L2,iL2电流反向,而同步整流
Buck的输出电感Lb通过同步整流MOS管S2导通续流,此时二极管D1断开,开关管S2保持导通
状态;开关管S1仍为关断状态。
的电流波形iD1。其中,Vg表示第一功率MOS管S1的栅源驱动信号。
进行调制。调制后的载波与控制信号B通过PWM调制单元生成PWM信号控制开关管的开关,以
产生代表0、1信号的不同相位的输出电流纹波波形。
效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所
作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。