[发明专利]一种利用驱动电路开关纹波进行LED光通信的装置

权利要求书

1.一种利用驱动电路开关纹波进行LED光通信的装置，其特征在于：该装置采用输出恒流控制的DC-DC变换器，通过控制DC-DC变换器的PWM开关信号调节开关纹波的频率、幅值和相位，该开关纹波叠加在LED辐射光强中以实现通信；所述装置把生成PWM开关信号所需开关频率的三角波作为载波信号，调制方式为相移键控；

该装置的工作状态分成两个阶段：空闲阶段和通信阶段；数据的传输只在通信阶段进行，通信阶段又由过渡阶段和传输码元阶段交替组成，一个通信阶段对应了一帧数据的传输时间，一帧数据包含N个码元，一组交替的过渡阶段和传输码元阶段共同组成了一个码元的传输时间，即一帧数据的传输时间包含了N组交替的过渡阶段和传输码元阶段，N为大于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述空闲阶段DC-DC变换器的开关频率为固定值f₁，传输码元阶段DC-DC变换器的开关频率为固定值f₂，过渡阶段DC-DC变换器的开关频率为动态值；对于一个通信阶段中第n个过渡阶段并网逆变器的开关频率f_ad(n)，其计算表达式如下：

若a_n-1+data_n≥K，则

若a_n-1+data_n＜K，则

其中：K表示传输数据的进制，data_n表示通信阶段对应传输的一帧数据中第n个码元，M为一个过渡阶段中包含的开关周期数，且规定a₀＝0，％为取模运算符，data_i表示通信阶段对应传输的一帧数据中第i个码元，n为自然数且1≤n≤N。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：一个通信阶段中每个传输码元阶段的时长T固定，且T＝A/f₂，A为一个传输码元阶段中包含的开关周期数；一个通信阶段中每个过渡阶段的时长不固定，且其中第n个过渡阶段的时长T(n)＝M/f_ad(n)。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：开关频率f₁-f₂的值大于DC-DC变换器闭环传递函数的穿越频率，所述DC-DC变换器闭环传递函数表示对DC-DC变换器进行电力电子建模之后求得流过LED的输出电流与占空比信号在频域上的关系表达式，当两者在某一频率幅值相等时，则该频率即为所述穿越频率。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括直流源、输入电容C_in、开关管T₁和T₂、电感L、输出电容C_out、负载LED、采样电阻和采样控制电路；其中，输入电容C_in的一端与直流源的正极以及开关管T₁的漏极相连，输入电容C_in的另一端与直流源的负极、开关管T₂的源极、输出电容C_out的一端以及采样电阻的一端相连并接地，开关管T₁的源极与开关管T₂的漏极以及电感L的一端相连，电感L的另一端与输出电容C_out的另一端以及负载LED的阳极相连，负载LED的阴极与采样电阻的另一端相连，采样控制电路通过采样电阻获取流经负载LED的电流并采用输出恒流控制方法生成相应的PWM开关信号提供给开关管T₁和T₂的栅极。