利用两线进行供电和数据传输的LED驱动电路、传输方法与流程

本发明涉及led驱动，具体是一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路以及传输方法。

背景技术：

1、led以其节能、长寿命、高亮度、色彩丰富、可调性等多种显著特性广泛应用于景观照明，楼宇亮化以及显示等领域。在这些领域中，led的驱动控制技术扮演着至关重要的角色。

2、传统的led驱动控制主要通过信号控制线传输控制数据以实现对led系统的控制，但这种方式会导致布线复杂和成本较高等问题。近年来，随着电力线通信（power linecommunication, plc）技术的快速发展，实现将控制数据调制到电源线上进行传输。从而实现了“一线两用”的目的。

3、然而，尽管电力线通信技术（plc）在智能家居、智能电网等领域取得了应用进展，但在led驱动控制领域，其应用仍面临显著挑战。具体而言，plc技术在led控制中的使用成本较高，同时电力线上普遍存在的噪声干扰、信号衰减以及阻抗不匹配等问题，都会导致数据传输的准确性和可靠性，进而对led系统的精确控制产生不利影响。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路以及传输方法，以解决当前plc技术在led驱动控制领域带来的成本高，信号易受干扰以及信号衰减大等问题。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，

3、包括整流电路，所述整流电路的输入端连接差分电源acp和地信号acn，并将差分电源acp和地信号acn转换为直流电源vcc和地信号gnd，其中，两线包括电源线和地线，所述直流电源vcc和所述地信号gnd为电路的正常工作提供稳定的直流电压；

4、电源信号解调电路，所述电源信号解调电路的输入端连接差分电源acp和地信号acn，并对差分电源acp和地信号acn进行解调以获取解调信号；

5、数据协议解码电路，所述数据协议解码电路的第一输入端连接于所述直流电源vcc，第二输入端连接于所述电源信号解调电路的输出端以接收所述解调信号，对所述解调信号解码，其中，解码后的数据用于控制led。

6、进一步地，所述整流电路包括4个二极管d1、d2、d3、d4和c1，其中，acp连接至二极管d3的阴极和二极管d1的阳极，acn连接至二极管d4的阴极和二极管d2的阳极，二极管d1的阳极和二极管d2的阴极相连作为整流后的所述直流电源vcc，二极管d3阳极和二极管d4阳极相连作为整流后的所述地信号gnd，所述直流电源vcc和所述地信号gnd并入电容c1。

7、进一步地，所述整流电路包括pmos管p1、pmos管p2、nmos管n1、nmos管n2，其中,p1源端和p2的源端相连作为整流后的所述直流电源vcc，p1的漏端和n1的漏端相连并连接至差分电源acp，同时又分别连接至p2和n2的栅端，p2的漏端和n2的漏端相连并连接至差分电源acn，同时又分别连接至p1和n1的栅端，n1源端和n2的源端相连作为整流后的所述地信号gnd。

8、进一步地，所述整流电路包括4个三极管，分别是n1、n2、n3、n4，每个三极管的发射集和集电极连接作为阳极，其基极当做阴极，其中，acp连接至三极管n3的阴极和三极管n1的阳极，acn连接至三极管n4的阴极和三极管n2的阳极，三极管n1的阳极和三极管n2的阴极相连作为整流后的所述直流电源vcc，三极管n3阳极和三极管n4阳极相连作为整流后的所述地信号gnd，所述直流电源vcc和所述地信号gnd并入电容c1。

9、进一步地，所述电源信号解调电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和比较器cmp，其中，差分电源acp和地信号acn分别连接至电阻r1和电阻r3的一端，电阻r1另一端通过电阻r2接地，电阻r3另一端通过电阻r4接地，比较器cmp的同相端接电阻r1和电阻r2的公共端，其反向端接电阻r3和电阻r4的公共端，比较器的输出端out作为电源信号解调电路的输出端。

10、进一步地，所述电阻r1阻值和电阻r3的阻值相等，电阻r2的阻值和电阻r4的阻值相等。

11、进一步地，所述电阻r1和电阻r3的阻值小于电阻r2和电阻r4的阻值。

12、所述数据协议解码电路包括12位锁存器、12位移位寄存器、定时器电路、边沿检测电路、起停检测电路、或门u3、非门u4，rs触发器u5、位计数器、数据计数器、地址检测电路、数据锁存电路；其中，边沿检测电路的输入端和时钟端分别接内部标准数字信号pwr_dat和第一时钟clk，产生对应于pwr_dat上升沿的dpl信号；定时器电路的时钟端和复位端分别接第一时钟clk和dpl信号，并产生第二时钟ck190us；启停检测电路的数字输入端接内部标准数字信号pwr_dat，时钟端接第二时钟ck190us，启停检测电路的一个输出信号rstb通过非门u4接rs触发器u5的一个输入端，另一个输出信号end接rs触发器u5的另一输入端，rs触发器u5的输出端输出enom信号至或门u3的输入端，以及模式控制电路的使能端；或门u3的一个输入端接dpl信号，输出端接位计数器的复位端；位计数器的时钟端接第二时钟ck190us，输出端输出dck信号，并分别发送至数据计数器的时钟端和地址检测电路的时钟端以及12位移位寄存器时钟端；数据计数器的复位端接启停检测电路的一个输出信号rstb，数据计数器的两个输出使能信号d7bit和d19bit分别接地址检测电路的数据使能端和数据锁存电路的数据使能端；其中输出使能信号d19bit还接或门u3的输入端；12位移位寄存器的数字输入端和时钟端分别接内部标准数字信号pwr_dat和dck信号，输出接12位锁存器的输入端以及地址检测电路的验证位与地址输入复用端;地址检测电路的地址输入端接地址模块的输出，地址检测电路的复位端接启停检测电路的一个输出信号rstb，地址检测电路的输出端接数据锁存电路的数据输入端并发送daok信号；数据锁存电路的时钟端接第一时钟clk，输出端接12位锁存器的数据锁存信号端，12位锁存器的输出端输出控制数据dal[11:0]。

13、一种利用电源线和地线进行供电和差分数据传输的方法，包括，

14、将差分电源acp、地信号acn转换为直流电源vcc和地信号gnd，为电路的正常工作提供稳定的直流电压；

15、当差分电源acp为高电平且地信号acn为低电平时，输出高电平的解调信号；

16、当差分电源acp为低电平且地信号acn为高电平时，输出低电平的解调信号；

17、将所述解调信号中出现的低电平记为p码；

18、获取所述解调信号中的高电平持续的时间并记为t，当t>trst时，将该时间t对应的高电平记为复位码；将在所述复位码之后，出现的第一段持续时间小于复位码时间的高电平记为参考码，该高电平的时间记为tref 当时，将该时间t对应的高电平记为0码；当

19、时，将该时间t对应的高电平记为1码；其中n,m为大于1的自然数,且m>n；

20、根据复位码、参考码、0码、1码获得所述解调信号中每帧数据的由0和1构成的序列，并将该序列作为解码信号；

21、将序列中参考码之后的n个数据位作为命令码，将命令码之后的余下数据位作为数据码，其中数据位为0码或者1码；根据命令码、数据码以及led芯片地址，得到控制指令用于驱动led工作；

22、起停检测电路负责识别起始码和停止码，当pwr_dat低电平持续时间超过20ms时，起停检测电路产生rstb信号，表示成功识别到起始码，代表一个数据包的传输开始，这时，地址检测模块和数据计数器由rstb信号恢复到初始状态；

23、enom信号被设置为低电平，使led驱动电路停止输出，同时打开位计数器，位计数器用于识别每一位数据；数据是由pwr_dat的上升沿开始的，边沿检测电路在pwr_dat的上升沿输出dpl脉冲信号，复位位计数器，dck信号变低电平，同时复位定时器电路，定时器电路输出第二时钟ck190us的周期是190us；

24、位计数器对第二时钟ck190us计数8次后产生dck信号变为高电平，此时位计数器停止工作，保持现有状态直到下次被复位再重新开始工作；利用dck的上升沿将pwr_dat的值锁存并推入12位移位寄存器；当数据量达到7位时，地址检测电路判断是否满足当前电路的要求，此时dat[6:3]是固定值1010，dat[2:0]和内部固有地址ad[2:0]相同或者是7，如果满足此要求，则daok信号会变高电平并且状态锁定，如果不满足此要求，daok信号保持低电平不变；无论什么状态，地址检测电路都会保持现有输出状态，直到起停检测电路重新识别到起始码，产生rstb信号将其复位，才重新工作；

25、当数据解码到19位时，如果daok信号是高电平则产生锁存信号lddt，将12位数据从12位移位寄存器锁存到12位锁存器中备用，否则不会产生lddt锁存信号；一个数据包解码结束；当pwr_dat高电平持续20ms时起停检测电路识别到停止码，产生end信号，enom信号被置为高电平，代表数据解码结束，led驱动电路开始正常输出并使用最新收到的数据。

26、综上所述，本发明取得了以下技术效果：

27、本发明提供的led驱动电路拓扑结构简单，大大的降低了电路结构的复杂度，进而提高系统的稳定性；

28、本发明使用电源线和地线作为差分数据线，抗干扰强，大大地提高了数据传输速度和可靠性；

29、本发明提供的led驱动电路与传统控制电路相比，仅仅使用两个线，从而大大地降低了led系统成本；

30、与现有技术相比，本发明利用电源线和地线进行差分数据传输，通过精准识别差分电源信号，实现数据的有效输出。随后，将电源线解调出的数据信号传输至解码模块进行协议解析，从而精确控制led驱动单元。这一系统仅需电源线与地线两根线即可，无需额外铺设信号线，极大地简化了led系统的控制流程。同时，采用差分方式在电源线和地线上传输数据，不仅显著增强了数据的抗干扰能力，还有效提升了数据传输的速度与可靠性。此举不仅有利于降低成本，还促进了生产与安装的便捷性，增强了产品的广泛应用性。此外，本发明非常有利于led驱动电路芯片的高度集成化。

技术特征：

1.一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，其特征在于：所述整流电路包括4个二极管d1、d2、d3、d4和c1，其中，acp连接至二极管d3的阴极和二极管d1的阳极，acn连接至二极管d4的阴极和二极管d2的阳极，二极管d1的阳极和二极管d2的阴极相连作为整流后的所述直流电源vcc，二极管d3阳极和二极管d4阳极相连作为整流后的所述地信号gnd，所述直流电源vcc和所述地信号gnd并入电容c1。

3.根据权利要求1所述的一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，其特征在于：所述整流电路包括pmos管p1、pmos管p2、nmos管n1、nmos管n2，其中,p1源端和p2的源端相连作为整流后的所述直流电源vcc，p1的漏端和n1的漏端相连并连接至差分电源acp，同时又分别连接至p2和n2的栅端，p2的漏端和n2的漏端相连并连接至差分电源acn，同时又分别连接至p1和n1的栅端，n1源端和n2的源端相连作为整流后的所述地信号gnd。

4.根据权利要求1所述的一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，其特征在于：所述整流电路包括4个三极管，分别是n1、n2、n3、n4，每个三极管的发射集和集电极连接作为阳极，其基极当做阴极，其中，acp连接至三极管n3的阴极和三极管n1的阳极，acn连接至三极管n4的阴极和三极管n2的阳极，三极管n1的阳极和三极管n2的阴极相连作为整流后的所述直流电源vcc，三极管n3阳极和三极管n4阳极相连作为整流后的所述地信号gnd，所述直流电源vcc和所述地信号gnd并入电容c1。

5.根据权利要求1所述的一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，其特征在于：所述电源信号解调电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和比较器cmp，其中，差分电源acp和地信号acn分别连接至电阻r1和电阻r3的一端，电阻r1另一端通过电阻r2接地，电阻r3另一端通过电阻r4接地，比较器cmp的同相端接电阻r1和电阻r2的公共端，其反向端接电阻r3和电阻r4的公共端，比较器的输出端out作为电源信号解调电路的输出端。

6.根据权利要求6所述的一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，其特征在于：所述电阻r1阻值和电阻r3的阻值相等，电阻r2的阻值和电阻r4的阻值相等。

7.根据权利要求7所述的一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，其特征在于：所述电阻r1和电阻r3的阻值小于电阻r2和电阻r4的阻值。

8.根据权利要求7所述的一种利用两线进行供电和数据传输的led驱动电路，其特征在于：所述数据协议解码电路包括12位锁存器、12位移位寄存器、定时器电路、边沿检测电路、起停检测电路、或门u3、非门u4，rs触发器u5、位计数器、数据计数器、地址检测电路、数据锁存电路；其中，边沿检测电路的输入端和时钟端分别接内部标准数字信号pwr_dat和第一时钟clk，产生对应于pwr_dat上升沿的dpl信号；定时器电路的时钟端和复位端分别接第一时钟clk和dpl信号，并产生第二时钟ck190us；启停检测电路的数字输入端接内部标准数字信号pwr_dat，时钟端接第二时钟ck190us，启停检测电路的一个输出信号rstb通过非门u4接rs触发器u5的一个输入端，另一个输出信号end接rs触发器u5的另一输入端，rs触发器u5的输出端输出enom信号至或门u3的输入端，以及模式控制电路的使能端；或门u3的一个输入端接dpl信号，输出端接位计数器的复位端；位计数器的时钟端接第二时钟ck190us，输出端输出dck信号，并分别发送至数据计数器的时钟端和地址检测电路的时钟端以及12位移位寄存器时钟端；数据计数器的复位端接启停检测电路的一个输出信号rstb，数据计数器的两个输出使能信号d7bit和d19bit分别接地址检测电路的数据使能端和数据锁存电路的数据使能端；其中输出使能信号d19bit还接或门u3的输入端；12位移位寄存器的数字输入端和时钟端分别接内部标准数字信号pwr_dat和dck信号，输出接12位锁存器的输入端以及地址检测电路的验证位与地址输入复用端;地址检测电路的地址输入端接地址模块的输出，地址检测电路的复位端接启停检测电路的一个输出信号rstb，地址检测电路的输出端接数据锁存电路的数据输入端并发送daok信号；数据锁存电路的时钟端接第一时钟clk，输出端接12位锁存器的数据锁存信号端，12位锁存器的输出端输出控制数据dal[11:0]。

9.一种利用电源线和地线进行供电和差分数据传输的方法，其特征在于：包括，

技术总结
本发明公开了一种利用两线进行供电和数据传输的LED驱动电路、传输方法，包括整流电路，整流电路的输入端连接差分电源ACP和地信号ACN，并将差分电源ACP和地信号ACN转换为直流电源VCC和地信号GND，其中，两线包括电源线和地线，直流电源VCC和地信号GND为电路的正常工作提供稳定的直流电压；电源信号解调电路，电源信号解调电路的输入端连接差分电源ACP和地信号ACN，并对差分电源ACP和地信号ACN进行解调以获取解调信号，数据协议解码电路，数据协议解码电路的第一输入端连接于直流电源VCC，第二输入端连接于电源信号解调电路的输出端以接收解调信号，对解调信号解码，以解决当前PLC技术在LED驱动控制领域带来的成本高，信号易受干扰以及信号衰减大等问题。

技术研发人员：周龙江,张贤成
受保护的技术使用者：无锡德芯微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5