Estudo e implementação de um LED driver para iluminação/comunicação

Abstract

O objetivo desta dissertação passa por projetar um driver para díodos emissores de luz (LED) que permita comunicações óticas por luz visível (VLC) durante o dimming da luz. Para isso será necessário conhecer as características dos LEDs e escolher a técnica de dimming mais correta para este driver. Para garantir que o sinal não interfira com o dimming, e viceversa, serão analisadas algumas modulações que abrangem estas duas operações. O driver vai usar conversores digital para analógico (DAC) para poder suportar vários tipos de sinal e para facilitar a sua integração com outros sistemas de comunicação. É necessário garantir que a interface entre este dispositivo e o andar de saída do driver não corte as velocidades do sinal. Isto é possível trocando os amplificadores operacionais por Current Conveyors, dispositivos multifacetados que permitem a entrada do sinal em corrente no lado da DAC. O regulador do driver vai ter que suportar velocidades de transmissão competitivas e gamas de regulação relativamente elevadas, mas para isso vai ser preciso adaptar a topologia deste regulador para fazer a passagem da corrente de polarização e do sinal dos LEDs separadamente. O andar de saída vai usar Darlingtons compostos por transístores bipolares de radio frequência, para garantir larguras de banda e gamas de regulação elevadas. O driver final apresenta uma frequência de corte de 20 MHz para o tipo de sinal ON-OFF, corrente máxima do sinal de 80 mA, e corrente máxima de polarização de 320 mA. Este driver permite comunicações óticas com luz visível durante o dimming da luz, e também pode suportar varios LEDs de alto brilho em série.

The aim of this work involves designing a driver for light-emitting diodes (LEDs) enabling visible light communications (VLC) whilst dimming. This will require prior knowledge of the LED characteristics and the correct choice of a dimming technique for the driver. To ensure that the signal does not interfere with the dimming, and vice versa, the nuances covering these two operations must be analysed. The driver will use digital to analog converters (DAC) to support multiple types of signals and to facilitate its integration with other communication systems. The interface between this device and the driver’s output stage must ensure competitive signal speeds. This is possible by swapping the op amps for current conveyors, which are multifaceted devices that allow current input from the DAC. The driver’s regulator will have to support competitive transmission speeds and relatively high regulation ranges, but it will be necessary to adapt the regulator topology in order to drive the LED’s bias current and signal current separately. The output stage will use Darligtons composed of radio frequency bipolar transistors to ensure high bandwidth and high regulation ranges. The final driver has a cut-off frequency of 20 MHz for ON-OFF signal types, maximum signal current of 80 mA and maximum bias current of 320 mA. This driver enables visible light communications during dimming, and it can also support several highbrightness LEDs in series.