[發明專利]一種同時實現直流電源線通信和可見光通信的LED驅動器

有效

• 申請號: 201911000929.3
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110855359B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 吳建德;趙科科;陳競輝;張若琦;李武華;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種同時實現直流電源線通信和可見光通信的LED驅動器，利用PWM調制信號達到傳輸數據的目的，其工作模式實現了PLC中數據在兩個終端的雙向流動；在低速通信領域，其具有體積小、成本低的優點，因為相較于沒有繼承通信的LED驅動器，本發明只增加了一個信號采集電路，而該電路的硬件組成比較簡單，容易實現，在成本和體積的考量上基本可以忽略不計。同時，利用本發明的通信模式，可以實現低誤碼率，保證通信質量，減少因為誤碼、漏碼等問題帶來的通信不穩定現象。

技術領域

本發明屬于電力電子及通信技術領域，具體涉及一種同時實現直流電源線通信和可見光通信的LED驅動器。

背景技術

LED照明是現代照明技術發展的主流，LED驅動器通常采用DC/DC變換器電路，通過調節輸出電流以調節亮度。LED照明也可以用于可見光通信，因LED的輸出帶寬很寬，因而可以采用高頻載波調制實現數字通信。相比常用的Wifi等無線通信技術，可見光通信依靠日常照明即可實現數據通信，具有成本低廉、安全性高等優點。

但是，具有可見光通信功能的LED驅動器并沒有一個被廣泛接受的設計模式，尤其是如何與主流的LED照明驅動器相結合，其驅動電路的設計主要考慮三方面因素：成本、效率和通信速率，如何在該三個因素之間實現平衡是推廣該技術的重要環節。

現在研究PLC和VLC(可見光通信)結合的技術重心放在PLC發送數據以后通過VLC進行廣播放送，即通過電源線將數據傳輸給LED的驅動電路，驅動電路進行相應操作，將數據調制在LED的光照強度中。以宋健教授在IEEE發表的文章為例，其通信系統的原理是通過“PLC模塊”將數據耦合在電源線中，在電源線的終端存在“PLC轉VLC模塊”，再由該模塊將數據通過可見光輸出；在這樣的工作模式下，一個嚴重的問題是信號無法回傳，即從“PLC轉VLC模塊”無法在電源線上輸出信號，解決該問題的一個方案即在“PLC轉VLC模塊”上使用另外一個“PLC模塊”，這樣的做法將導致“PLC轉VLC模塊”體積的增加和成本的上升；另一種方案是利用“PLC轉VLC模塊”自身的開關器件調制數據，進行數據的發送，該方案相對于前者的通信速率較低，但是在體積和成本上有著較大的優勢。

在智能家居普及的今天，可見光通信的概念也越來越普及，出現了以Lifi為代表的高速通信技術，其通信速率相較于現有的Wifi技術提升有百倍之多；但是，在更多的時候，低速通信即可以滿足大部分智能家具的需求，此時使用上述第二種方案明顯具有經濟和體積的優勢。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種同時實現直流電源線通信和可見光通信的LED驅動器，該裝置由Buck或Boost變換器、驅動電路和控制電路構成，與傳統LED驅動電路相比，本發明沒有單獨的通信模塊，而是將通信結合在DC-DC變換器中。

一種同時實現直流電源線通信和可見光通信的LED驅動器，包括：DC-DC變換器、驅動電路以及控制電路；所述控制電路用于輸出平均占空比固定(為保證LED負載發出的可見光亮度基本穩定)且頻率或相位可變(在保證可見光亮度基本穩定的同時能夠在亮度和輸入電壓/電流上疊加攜帶有信號的紋波)的PWM波，該PWM波經驅動電路功率放大后作為DC-DC變換器中功率開關器件的控制信號，即通過DC-DC變換器穩定控制LED負載平均電流的同時，利用開關紋波在變換器輸入端和輸出端發出調制的數字信號，其中輸出端通過LED以可見光信號紋波的形式發出，輸入端則以直流電壓或電流紋波的形式在輸入電源線上發出。

進一步地，所述DC-DC變換器采用Buck或Boost變換器，其用于將輸入的電能以合適的電壓或電流形式輸出。

進一步地，所述LED驅動器通過切換調制載波頻率或相位的方式在變換器輸入端和輸出端發出調制的數字信號，且在輸入端和輸出端的信號調制方式為FSK(頻移鍵控)或PSK(相移鍵控)調制。

進一步地，所述LED驅動器在變換器輸入端和輸出端發送的信息完全一致。