專利名稱：具有信息傳遞功能的發(fā)光二極管光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于照明和指示的光源，特別是發(fā)光二極管(LED)光源。
背景技術(shù)：
當(dāng)今社會(huì)，能源問題已經(jīng)成為突出問題。照明是人類消耗能源的重要方面，據(jù)媒體報(bào)道數(shù)據(jù)顯示，使用半導(dǎo)體光源LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白熾燈照明，將節(jié)約全球照明能耗的50％。由此可知，在未來的電子技術(shù)領(lǐng)域，LED光源作為指示和照明將成為又一大電子主題。
LED是一種固體光源，自90年代，GaAlInP和GaAlInN發(fā)光二極管的出現(xiàn)，使LED的發(fā)光效率和發(fā)光強(qiáng)度有了突破性的發(fā)展，高亮度白色及藍(lán)色LED已經(jīng)出現(xiàn)。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著材料技術(shù)、封裝技術(shù)及自身工藝的發(fā)展，單只的LED的光通量可以達(dá)到幾十流明，紅、橙色的LED光效率可以達(dá)到100lm/W，綠色的LED也可達(dá)到50lm/W，光的強(qiáng)度已經(jīng)超過了1cd(通常人們以1cd作為一般LED和高亮度LED的分界點(diǎn))，其視角也有了提高，已經(jīng)超過了60度，為LED在各種照明和指示系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
目前，LED光源已推廣應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，隨著LED自身技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，LED光源將取代傳統(tǒng)的白熾燈光源。另外，LED是一種低場(chǎng)型電致發(fā)光器件，它具有電壓低、電流小、亮度高、壽命長、體積小、能耗低和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得研制性能更優(yōu)的指示和照明用燈成為可能。
在一些領(lǐng)域中(如汽車的照明和指示光源、航標(biāo)燈等)，都要求光源具有信息傳遞的功能，但現(xiàn)有的LED光源(如圖2所示)，它由電源、變壓器、LED點(diǎn)陣組成，電源通過變壓器為發(fā)光二極管點(diǎn)陣提供電源，因此，它不具備信息傳遞的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有信息傳遞功能的發(fā)光二極管(LED)光源。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是具有信息傳遞功能的發(fā)光二極管光源包括電源、變壓器、發(fā)光二極管點(diǎn)陣，電源通過變壓器為發(fā)光二極管點(diǎn)陣提供電源；它還包括調(diào)制電路，調(diào)制電路設(shè)置在電源與發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間。
另外，光源還包括開關(guān)電路，開關(guān)電路設(shè)置在電源與發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間，開關(guān)電路由調(diào)制電路控制。
它還包括振蕩電路，振蕩電路和調(diào)制電路具有相同的時(shí)鐘，開關(guān)電路還由振蕩電路控制。
另外，調(diào)制電路的輸出端、變壓器的輸出端通過與門和發(fā)光二極管點(diǎn)陣的輸入端連接。
它還包括開關(guān)電路和振蕩電路，開關(guān)電路設(shè)置在電源與發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間，振蕩電路和調(diào)制電路具有相同的時(shí)鐘，開關(guān)電路由振蕩電路控制。
另外，上述的光源的電源和后級(jí)電路之間設(shè)有負(fù)載開關(guān)電路。
另外，上述的光源的調(diào)制電路的波特率在1.2k以上。
另外，上述的光源的振蕩電路的輸出頻率為90-120Hz。
本發(fā)明利用LED響應(yīng)時(shí)間短的特性，在光源電路中設(shè)置一個(gè)調(diào)制電路，調(diào)制電路將要發(fā)出的信號(hào)調(diào)制成方波輸出，以控制輸入LED點(diǎn)陣的電流，使LED點(diǎn)陣高頻閃爍，使LED光源具有信息傳遞的功能。
本發(fā)明可用調(diào)制電路輸出的方波高低電頻控制開關(guān)電路的開啟和關(guān)閉，以控制輸入LED點(diǎn)陣的電流。
本發(fā)明還可將調(diào)制電路輸出的方波加載到變壓器輸出的電流中，以控制輸入LED點(diǎn)陣的電流。
本發(fā)明光源電路中還設(shè)置振蕩電路，它的目的是產(chǎn)生一定頻率的方波信號(hào)，以控制開關(guān)電路的開啟和關(guān)閉，以控制輸入LED的電流，使LED點(diǎn)陣高頻閃爍，提高LED的瞬時(shí)亮度，使光源在LED光源的亮度提高的情況下，不會(huì)提高電能消耗、LED的壽命也不會(huì)受到影響。
本發(fā)明光源電路中還設(shè)置有負(fù)載開關(guān)電路，它的目的是防止接入的電源反接而造成電路中的電子元件損壞，以保護(hù)整個(gè)電路。
調(diào)制電路的波特率在1.2k以上，以保證信號(hào)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定。
為防止光源閃爍而造成人眼疲勞，振蕩電路的輸出頻率一般設(shè)為90-120Hz。
本發(fā)明LED光源可作為汽車的照明和指示光源、航標(biāo)燈等光源使用。


圖1為本發(fā)明LED光源實(shí)施例1電路框2為現(xiàn)有LED光源的電路框3為本發(fā)明LED光源實(shí)施例1輸出的LED原始波形、調(diào)制電路輸出的高頻波形、光源實(shí)際的輸出波形對(duì)比4為信息接收裝置的電路框5為本發(fā)明LED光源實(shí)施例2電路框6為本發(fā)明LED光源實(shí)施例2電路7為本發(fā)明光源實(shí)施例2輸出的LED原始波形、調(diào)制電路輸出的高頻波形、光源實(shí)際的輸出波形對(duì)比8為本發(fā)明LED光源實(shí)施例2輸入LED點(diǎn)陣的電壓波形圖9為用于接收本發(fā)明LED光源實(shí)施例2發(fā)出的光的光傳感器的光信號(hào)輸出波形圖10為本發(fā)明LED光源實(shí)施例3電路框11為本發(fā)明LED光源實(shí)施例3電路圖
具體實(shí)施例方式
如圖1所示的本發(fā)明LED光源實(shí)施例1，它包括電源和發(fā)光二極管點(diǎn)陣，在電源和發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間還依次設(shè)有負(fù)載開關(guān)電路、開關(guān)電路、變壓器。電源通過變壓器為發(fā)光二極管點(diǎn)陣提供電源。電路中還設(shè)有一調(diào)制電路，開關(guān)電路由調(diào)制電路控制。調(diào)制電路的波特率在1.2k以上。
如圖3所示，圖中波形1為LED原始波形，即在調(diào)制電路不工作時(shí)的LED光源的輸出波形，它為直線。波形2為調(diào)制電路輸出高頻波形，它為方波。波形3為光源實(shí)際的輸出波形，即本發(fā)明光源實(shí)施例1光源實(shí)際的輸出波形，它為方波。
如圖4所示的信息接收裝置，它包括光傳感器、放大器、串行接口、單片機(jī)，帶有信息的、LED光源發(fā)出的光信號(hào)通過靈敏度較高的光傳感器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將信號(hào)放大通過串口送入單片機(jī)，再由單片機(jī)控制其它外部設(shè)備，或通過其它外部設(shè)備提示或顯示出來。
本發(fā)明LED光源實(shí)施例1可作為汽車的照明和指示光源、航標(biāo)燈等光源使用。
如圖5所示的本發(fā)明LED光源實(shí)施例2，它為汽車的照明和指示LED光源，它包括電源和發(fā)光二極管點(diǎn)陣，在電源和發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間還依次設(shè)有負(fù)載開關(guān)電路、開關(guān)電路、變壓器。電路中還設(shè)有一調(diào)制電路和一振蕩電路，振蕩電路和調(diào)制電路具有相同的時(shí)鐘，開關(guān)電路由調(diào)制電路和振蕩電路共同控制。調(diào)制電路的波特率在1.2k以上。
如圖6所示的本發(fā)明LED光源實(shí)施例2電路圖其中負(fù)載開關(guān)電路為由功率MOSFET設(shè)計(jì)的負(fù)載開關(guān)電路(switch)，其工作原理為只有當(dāng)Vin和Vcon同時(shí)為正的時(shí)候，負(fù)載開關(guān)才被打開而使后級(jí)的振蕩電路和變壓器等工作，這樣能夠很好地避免因?yàn)殡娫吹姆唇佣斐珊蠹?jí)電路的損害。
由于汽車使用的電源電壓低，電路驅(qū)動(dòng)的LED數(shù)量有限，為了增加LED點(diǎn)陣中LED的數(shù)量，通常會(huì)選擇一個(gè)電壓提升電路作為變壓器。在LED驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，凌特公司的LT系列驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和MAXIM公司的max系列驅(qū)動(dòng)器走在了技術(shù)的前列，其產(chǎn)品均有較寬的電壓輸入范圍，電壓輸出可調(diào)性好，封裝小，溫度特性好等特點(diǎn)，能夠很好的解決在設(shè)計(jì)電路時(shí)所用的電源電壓過低的問題。本發(fā)明LED光源實(shí)施例2從車用光源的驅(qū)動(dòng)方面考慮，選取LT系列產(chǎn)品中的LT1618作為(升壓)變壓器，同時(shí)LT1618內(nèi)還具有開關(guān)電路。
調(diào)制電路為單片機(jī)(P89C51X2BN)，單片機(jī)的P1.1-P1.7角接收信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后從串口輸出一定頻率的脈沖信號(hào)至LT1618的使能端，其作用是通過發(fā)出的脈沖信號(hào)來控制LT1618內(nèi)的開關(guān)電路工作。
另外，單片機(jī)本身還可以作為振蕩電路，單片機(jī)可設(shè)定輸出一定頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)調(diào)制后的脈沖信號(hào)與該脈沖信號(hào)(兩信號(hào)具有相同的時(shí)鐘)疊加后輸出，控制LT1618內(nèi)的開關(guān)電路工作，以利于降低能耗，提高LED的使用壽命。若發(fā)現(xiàn)LED有閃爍的現(xiàn)象，說明單片機(jī)可設(shè)定輸出的頻率太低，將其輸出頻率設(shè)為90-120Hz，閃爍現(xiàn)象即可消失。
在LED點(diǎn)陣中，LED的串接使得在使用過程中會(huì)因?yàn)槠渲幸恢籐ED的損壞而導(dǎo)致整個(gè)光源的不能發(fā)光，為了有效的避免該問題的發(fā)生，在每只LED的兩端，并聯(lián)上一只普通二極管(普通二極管的開啟電壓小于LED的標(biāo)稱電壓為益，普通的硅管和鍺管就能夠達(dá)到要求)，能很好的避免此問題的發(fā)生。
另外，由于車用光源要求亮度高，因此所需LED的數(shù)量比較多，其散熱問題就變得尤為突出。在設(shè)計(jì)硬制板電路的時(shí)候，為了有效的散熱，防止熱量的集中，可將硬制板電路設(shè)計(jì)為上下兩塊，下層專用于調(diào)制電路及變壓器，上層為LED點(diǎn)陣電路，能夠避免因?yàn)長ED的熱量傳遞到驅(qū)動(dòng)芯片而使其損壞。
如圖7所示，圖中波形1為LED原始波形，即在調(diào)制電路不工作時(shí)的LED光源的輸出波形，它為直線。波形2為調(diào)制電路輸出高頻波形，它為方波。波形3為光源實(shí)際的輸出波形，即本發(fā)明光源實(shí)施例2光源實(shí)際的輸出波形，它為方波。
單片機(jī)疊加輸出兩信號(hào)具有相同的時(shí)鐘，使得信息傳遞信號(hào)能夠準(zhǔn)確無誤的傳送給計(jì)算機(jī)，同時(shí)，為了不影響光的傳輸，在高頻振蕩處于閑置的時(shí)候，其輸出始終保持高電平。
輸入LED點(diǎn)陣的電壓波形如圖8，經(jīng)過光傳感器的光信號(hào)輸出波形如圖9。
如圖10所示的本發(fā)明LED光源實(shí)施例3，它為汽車的照明和指示LED光源，它包括電源、變壓器、LED點(diǎn)陣、調(diào)制電路，電源通過變壓器為LED點(diǎn)陣提供電源；調(diào)制電路的輸出端、變壓器的輸出端通過與門和發(fā)光二極管點(diǎn)陣的輸入端連接。電源與變壓器之間還依次設(shè)有負(fù)載開關(guān)電路、開關(guān)電路，開關(guān)電路由一振蕩電路控制。調(diào)制電路的波特率在1.2k以上。
如圖11所示的本發(fā)明LED光源實(shí)施例3電路圖，其中負(fù)載開關(guān)電路為由功率MOSFET設(shè)計(jì)的負(fù)載開關(guān)電路(switch)，LT1618作為變壓器。
振蕩電路為NE555，它的目的是產(chǎn)生一定頻率的方波信號(hào)，以控制LT1618內(nèi)的開關(guān)電路的關(guān)斷或者提供脈寬及脈頻調(diào)制以控制流過LED的電流，LT1618的目的是提升電源的電壓而增加負(fù)載(LED)并提供恒定的電流，提高LED的瞬時(shí)亮度。這種設(shè)計(jì)能夠很好的保正輸出電路中電流的恒定型，也能夠盡量多的增加所帶的負(fù)載以滿足LED的實(shí)際應(yīng)用。
NE555的典型多諧振蕩電路，其作用是提供一定頻率的脈沖來控制LT1618內(nèi)的開關(guān)電路工作，輸出電壓由R3和R4決定，其關(guān)系式為R3＝R4(Vout/1.263-1)輸出電流Io(流過LED的電流)由R6決定，在確定了流過LED的電流之后，就可以方便的調(diào)整R6的阻值來完成。其關(guān)系式為Io＝50mv/R6該電路在實(shí)測(cè)中有穩(wěn)定的輸出電流，輸入電壓的波動(dòng)基本不影響輸出電流和電壓，其實(shí)際測(cè)量值如下表所示，表中的數(shù)值是按照設(shè)計(jì)輸出電壓為36V，輸出電流為70mA得出的。

若發(fā)現(xiàn)LED有閃爍的現(xiàn)象，主要原因就是振蕩電路的設(shè)計(jì)頻率太低，將其輸出頻率改變?yōu)?0-120Hz，閃爍現(xiàn)象隨之消失。
本發(fā)明LED光源實(shí)施例3中所用LED的封裝是貼片式的，其標(biāo)稱電壓2.1伏，可以通過的最大電流為175mA，其亮度(紅色)可達(dá)1125-2850mcd，視角可達(dá)120度，光通量可達(dá)51m。
調(diào)制電路(P87LPC676)輸出信號(hào)必須與振蕩電路的輸出具有相同的時(shí)鐘，這樣才能使得信息傳遞信號(hào)能夠準(zhǔn)確無誤的傳送給計(jì)算機(jī)。因此，調(diào)制電路的使能端由振蕩電路輸出信號(hào)控制。同時(shí)，為了不影響光的傳輸，在高頻振蕩處于閑置的時(shí)候，其輸出端始終保持高電平。
本發(fā)明LED光源實(shí)施例3波形同圖7。
本發(fā)明LED光源實(shí)施例2、3中，要使傳遞的信號(hào)能夠準(zhǔn)確的被計(jì)算機(jī)接受，選擇一種合理的通訊方式是至關(guān)重要的。如果在LED光信號(hào)里加入高頻的脈沖信號(hào)，這種信號(hào)剛好能滿足串行異步通訊的字符格式，再將這種串行通訊的格式轉(zhuǎn)換成并行通訊的方式傳輸給計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)完成信號(hào)的處理。然后由計(jì)算機(jī)下達(dá)指令于外部設(shè)備，提示駕駛者相應(yīng)的操作。
串行通訊的字符格式主要由四個(gè)部分組成，起始位(1位低電平)、數(shù)據(jù)位(7位)，奇偶校驗(yàn)位(1位)和停止位(1位高電平)。因此將輸出光信號(hào)按照這種格式進(jìn)行編碼，使其具有一定的含義，以便計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別這種信號(hào)。因此，在原有方波信號(hào)的基礎(chǔ)上，加上更高頻率的符合串行通訊格式的方波信號(hào)，就能完成LED信號(hào)的傳遞。由于所加的信息傳輸信號(hào)的高頻特性，對(duì)人的視角影響不大。
從輸入輸出波形分看，輸出光信號(hào)為矩形波信號(hào)，這就使得在能耗相同的情況下提高了LED的瞬時(shí)亮度。這種輸出的載波信號(hào)，傳輸了與串行接口通訊相同的字符信號(hào)，能夠通過串口被計(jì)算機(jī)接受和處理。
本發(fā)明LED光源實(shí)施例2、3信號(hào)燈的亮度比原始車燈的亮度強(qiáng)的情況下，流過LED的瞬時(shí)電流為70mA，加在LED兩端的電壓為36V，由此可以計(jì)算出光源消耗的功率P＝UI＝2.52W，與常用的白熾燈25W相比，顯然大幅度的降低了能耗。由于光信號(hào)為含義信息的矩形波信號(hào)，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮載波信號(hào)的頻率，才能既可以有效的避免閃爍現(xiàn)象又可以準(zhǔn)確無誤的傳遞信息。
本發(fā)明LED光源實(shí)施例2、3在汽車光源中的應(yīng)用，使得汽車光源更具有智能化。在汽車智能化光源設(shè)計(jì)當(dāng)中，將不同的信息信號(hào)進(jìn)行編碼和規(guī)定，使得不同的編碼信息表示不同性質(zhì)的光源。例如將串行通訊字符中的數(shù)據(jù)位為1000011的指定為轉(zhuǎn)向燈，而將1000111的指定為剎車燈等。將所有的車用光源進(jìn)行唯一的編碼，就能在智能化的汽車中使用，利用圖形和聲音等多媒體方式提示駕駛者對(duì)方車輛的意圖。在汽車倒車的過程中，利用這種智能化光源，可以有效的減少事故，取代專用的雷達(dá)倒車系統(tǒng)。汽車的倒車燈發(fā)出的光信號(hào)遇到障礙物的時(shí)候放射回來，被光傳感器接收然后送入計(jì)算機(jī)處理以提示駕駛者安全的車距。
隨著汽車節(jié)能要求和智能化要求的提高，本發(fā)明LED光源實(shí)施例2、3必將成為汽車光源中的主流產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.具有信息傳遞功能的發(fā)光二極管光源，它包括電源、變壓器、發(fā)光二極管點(diǎn)陣，電源通過變壓器為發(fā)光二極管點(diǎn)陣提供電源，其特征在于它還包括調(diào)制電路，調(diào)制電路設(shè)置在電源與發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間。
2.如權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于它還包括開關(guān)電路，開關(guān)電路設(shè)置在電源與發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間，開關(guān)電路由調(diào)制電路控制。
3.如權(quán)利要求2所述的光源，其特征在于它還包括振蕩電路，振蕩電路和調(diào)制電路具有相同的時(shí)鐘，開關(guān)電路還由振蕩電路控制。
4.如權(quán)利要求1所述的光源，其特征在于調(diào)制電路的輸出端、變壓器的輸出端通過與門和發(fā)光二極管點(diǎn)陣的輸入端連接。
5.如權(quán)利要求4所述的光源，其特征在于它還包括開關(guān)電路和振蕩電路，開關(guān)電路設(shè)置在電源與發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間，振蕩電路和調(diào)制電路具有相同的時(shí)鐘，開關(guān)電路由振蕩電路控制。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的光源，其特征在于電源和后級(jí)電路之間設(shè)有負(fù)載開關(guān)電路。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的光源，其特征在于調(diào)制電路的波特率在1.2k以上。
8.如權(quán)利要求3或5所述的光源，其特征在于振蕩電路的輸出頻率為90-120Hz。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有信息傳遞功能的發(fā)光二極管光源，它包括電源、變壓器、發(fā)光二極管點(diǎn)陣，電源通過變壓器為發(fā)光二極管點(diǎn)陣提供電源；它還包括調(diào)制電路，調(diào)制電路設(shè)置在電源與發(fā)光二極管點(diǎn)陣之間。本發(fā)明利用LED響應(yīng)時(shí)間短的特性，在光源電路中設(shè)置一個(gè)調(diào)制電路，調(diào)制電路將要發(fā)出的信號(hào)調(diào)制成方波輸出，以控制輸入LED點(diǎn)陣的電流，使LED點(diǎn)陣高頻閃爍，使LED光源具有信息傳遞的功能。
文檔編號(hào)H05B37/02GK1589081SQ20041006069
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月9日
發(fā)明者陳漢汛, 吉孔武, 徐達(dá)偉, 倪爾東, 劉利 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)