LED照明通信中的調光技術研究

王樹煒

摘 要：依據LED照明通信的基本原理，采用PWM調光方式，利用SMD802設計了LED照明通信的調光電路，并對其進行了實驗驗證，取得了良好的效果。

關鍵詞：LED照明通信；LED調光；PWM調光

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

1 引言

LED照明通信即可見光通信（VLC），是一種使用可見光作為信息載體的新型無線光通信方式，具有通信和照明雙重功能[1]。它是利用發光二極管高速點滅的特性，通過LED發出的光載波信號對信息進行調制和傳輸，最后通過光電轉換器件接收、解調信號，實現信息傳遞。LED照明通信具有節能、長壽、可控性高、綠色環保等顯著優點，且LED響應時間非常短，可實現快速調制，能進行超高速數據通信[2]。實現LED照明通信要經過調制編碼、調光以及光電接收和解調的過程，本文從實際應用出發，對LED照明通信中的調光部分進行設計研究。

2 LED照明通信的設計原理

LED照明通信的總體設計如圖1所示，主要包括控制單元、非隔離調光模塊和光電接收解調模塊。系統通過隔離電源對220V家用電進行變壓，產生Vcc對系統進行供電。數據通過調制編碼模塊產生調制信號。然后將信號通過非隔離調光模塊進行調光，再以可見光為載體，利用LED將調光后的信號傳遞到自由空間。光電檢測裝置接收到光信號后，將信號轉換為電信號，然后通過解調模塊進行解調，最終還原出原始數據信號。

3 調光技術研究

本文采用脈沖寬度（PWM）調光方式進行LED調光。PWM調光利用相應占空比的脈寬調制信號，通過設置LED燈，保持其導通電流恒定，改變LED導通時間，以高頻率快速控制開關功率管的通斷，使LED燈間歇性的開或者關，以改變平均輸出電流的方式進行調光[3]。PWM調光能夠實現0～100%不閃爍調光，且在調光范圍內，顏色能夠保持一致，LED工作電流恒定，調光比的大小改變不影響工作電流[4]。

4 調光電路設計

本文使用SMD802作為調光芯片[5]。其電路如圖2所示，當VDD電壓大于其欠壓閉鎖電壓閾值時，GATE端輸出高電平，外部功率MOSFET工作。功率MOSFET的源極與采樣電阻R串聯，采樣電阻將電壓反饋到CS腳上，當此電壓超過設定的閾值電壓時，GATE端輸出低電平，功率管MOSFET關斷，這樣便限制了通過采樣電阻的峰值電流。當GATE端輸出高電平驅動功率MOSFET時，LED驅動器將能量儲存到電感上，并將部分能量傳給LED燈串，關斷功率MOSFET時，電感上儲存的能量轉換為LED燈串的驅動電流。

（1）頻率設計。震蕩器的工作頻率能被用一個外部電阻ROSC 在25kHz到300kHz之間設定，其計算公式為：

取開關頻率fosc=300kHz，則ROSC=61.3。

（2）電感設計。LED燈串電路如圖3所示，正常電流ILED =350mA ，ILEDs=700mA。每個二極管在額定電流時的正向壓降為3V，則此LED串的VLEDs是9V。整流后輸入電壓。開關的占空比：，計算出功率MOSFE的導通時間為：

由此得出電感的大小為：

（3）調光電流設計。電感紋波電流的峰峰值是210mA，CS的閾值電壓為250mV，要得到700mA的電流，該采樣電阻應為：R=250mV/（700mA+ 0.5*210mA）=0.31。

5 實驗驗證

如圖4所示為實驗波形圖。CH2通道上為PWM信號，CH1通道上為光電檢測后輸出信號波形。其中，CH1通道中1為LED調光形成的高頻成分，2與CH2通道中PWM信號部分相對應。PWM信號經過LED調光轉換為可見光信號后，成功被光電檢測電路還原為PWM信號，取得了理想的效果。

6 結論

筆者基于LED照明通信的基本原理，利用PWM調光技術，設計了LED調光電路，取得良好效果。將此電路用于LED照明通信，能夠保證LED光源穩定不閃爍，具有廣闊的應用價值。

參考文獻：

[1]何勝陽.室內可見光通信系統關鍵技術研究[D].哈爾濱工業大學，2013.

[2]徐子軒.基于LED照明系統的可見光無線通信系統研究[D].江南大學，2012.

[3]張昊程.LED調光方案及其驅動器設計[D].西安電子科技大學，2012.

[4]駱康城.大功率LED驅動研究[D].浙江大學，2013.

[5]駱祖國，陳淵睿.高效LED照明驅動及智能調光電路設計[J].微處理機，2011，32（02）：84-87.endprint