一种LED阵列的等效电路模型及其参数提取方法技术

本发明专利技术提供一种LED阵列的等效电路模型及其参数提取方法，其阵列模型的阵列单元包括主体模型和第一外围RLC模型，通过第一外围RLC模型，将LED阵列的各LED之间的物理走线、连接布局带来的寄生影响，以及自耦和互耦效应，具体到各LED对应的主体模型外围，以该阵列单元构成阵列模型，以根据该阵列模型和提取出的参数，模拟表征LED阵列的实际性能。本发明专利技术提供的LED阵列的等效电路模型及其参数提取方法，将LED阵列中的寄生影响和耦合效应，具体到阵列模型中的各主体模型外围，提高了阵列模型对LED阵列的实际通信特性的表征准确性，提高了光源为LED阵列的可见光通信设备的通信性能的模拟分析能力，为可见光通信设备的性能优化提供了便利。供了便利。供了便利。

【技术实现步骤摘要】
一种LED阵列的等效电路模型及其参数提取方法


[0001]本专利技术涉及可见光通信设计
，特别涉及一种LED阵列的等效电路模型及其参数提取方法。

技术介绍

[0002]可见光通信作为一种新兴的通信技术，具有高宽带、绿色环保、无线电频谱可用性高等优势，被认为是未来无线通信的重要方向之一。
[0003]在现有的可见光通信设备中，其用于可见光发射光源的LIFI（Light Fidelity，灯光上网技术）灯具，一般设置有LED（light emitting diode，发光二极管）或LED阵列，在实际使用中，其通信效果受多径传播、路径衰减、干扰等因素的影响较大，因此，在设计阶段，需要对LED阵列的通信性能进行分析和优化，以提出针对性的解决方案来提高LED阵列的通信性能。
[0004]在现有技术中，LED阵列的等效电路模型由多个单颗LED等效电路模型串并联构成，而单颗LED等效电路模型仅考虑到单颗LED本身的电学特性，只能模拟简单光源的发光特性，其构成的等效电路阵列模型，对LED阵列中各LED之间的相互作用和耦合效应缺乏有效的关联，使得对光源为LED阵列的可见光通信设备的通信性能的模拟分析能力不足，不利于可见光通信设备的性能优化。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的是提供一种LED阵列的等效电路模型及其参数提取方法，以提高获得的LED阵列的等效电路模型对LED阵列的整体性能表征能力，为阵列光源的可见光通信设备的性能优化提供便利。
[0006]本专利技术一方面提供一种LED阵列的等效电路模型，包括与所述LED阵列对应的阵列模型，所述阵列模型包括与所述LED阵列的各LED一一对应的多个阵列单元，其中，各所述阵列单元均包括：主体模型和第一外围RLC模型，其中，所述主体模型包括依次串联在所述主体模型的正端至负端的第一电阻器和第二电阻器，以及与所述第二电阻器并联的第一电容器，其中，所述第一电阻器、所述第二电阻器和所述第一电容器分别对应LED的电流拥挤等效电阻、两端交界处等效电阻、衰减电容和扩散电容的总和；所述第一外围RLC模型包括依次串联在所述阵列单元的正端至所述主体模型的正端的第一电感器和第三电阻器，以及与所述主体模型并联的第二电容器。
[0007]可选地，所述阵列模型外还包括第二外围RLC模型，其中，所述第二外围RLC模型包括依次串联至所述阵列模型的正端的第二电感器和第四电阻器，以及与所述阵列模型并联的第三电容器。
[0008]可选地，所述第二外围RLC模型的RLC阶数与所述LED阵列的阻抗频率共振点的数量一致匹配。
[0009]本专利技术另一方面提供一种LED阵列的等效电路模型的参数提取方法，所述LED阵列的等效电路模型包括本专利技术提供的LED阵列的等效电路模型，所述参数提取方法包括：采集获得单个LED的通信特征和电学特性，以及所述LED阵列的通信特征和电学特性；根据单个LED的通信特征和电学特征拟合获得所述阵列单元的初始参数；将所述阵列单元的初始参数代入所述等效电路模型，获得所述等效电路模型的初始参数矩阵；根据所述LED阵列的通信特征和电学特征，以及所述初始参数矩阵，拟合修正所述等效电路模型的参数矩阵，获得所述LED阵列的目标等效电路模型的最终参数。
[0010]可选地，在拟合修正所述等效电路模型的参数矩阵的步骤中，所述拟合包括非线性最小二乘拟合、非线性回归、遗传算法中的至少一个拟合方式。
[0011]可选地，拟合修正所述等效电路模型的参数矩阵的步骤包括：根据所述LED阵列的通信特征和电学特征，以及所述等效电路模型的初始参数矩阵，获得所述等效电路模型的参数矩阵的拟合上限和拟合下限；将所述初始参数矩阵代入所述等效电路模型，并计算获得所述等效电路模型的通信特征和电学特征；将计算获得的所述等效电路模型的通信特征和电学特征，与所述LED阵列的通信特征和电学特征进行比较，获得偏差结果；根据所述偏差结果调节获得下一次拟合修正的参数矩阵，以及下一次拟合修正的参数矩阵的拟合上限和拟合下限，并进行下一次拟合修正，直至所述偏差结果落入预期偏差范围或所述拟合修正的次数达到预设次数。
[0012]可选地，所述通信特征的参考指标包括光功率、频率响应、带宽，所述电学特征的参考指标包括电流、电压、电功率。
[0013]可选地，所述等效电路模型和所述LED阵列的频率响应计算式包括：所述等效电路模型和所述LED阵列的频率响应计算式包括：其中，a=；b=；c=；d=；e=；为所述LED阵列的频率响应的测量值，为所述等效电路模型的频率响应的模拟值，为频率，为所述LED阵列中各LED的光输出电压之和，为所述LED阵列中各LED的输入电压，为所述LED阵列的输入电压，为光功率的增益系数，为流过各LED结电节的电流，k为各LED的编号，为所述第一电阻器的阻抗，为所述第一电容器的电容值，
为所述第二电阻器的阻抗，为所述第二电容器的电容值，为所述第三电阻器的阻抗，为所述第一电感器的电感值。
[0014]可选地，所述阵列模型外围还设置有第二外围RLC模型，所述参数提取方法还包括：根据所述LED阵列的频率阻抗特性获得第二外围RLC模型的初始参数。
[0015]可选地，根据所述LED阵列的频率阻抗特性获得第二外围RLC模型的初始参数的步骤包括：根据所述LED阵列的频率阻抗特性的斜率获得第二外围RLC模型的电感参数，且所述第二外围RLC模型的电感参数随所述斜率的增加而增加；根据所述LED阵列的频率阻抗特性的共振点阻抗获得第二外围RLC模型的电阻参数和电容参数。
[0016]本专利技术提供的LED阵列的等效电路模型包括与所述LED阵列对应的阵列模型，所述阵列模型包括与所述LED阵列的各LED一一对应的多个阵列单元，其中，各所述阵列单元均包括：主体模型和第一外围RLC模型，其中，所述主体模型包括依次串联在所述主体模型的正端至负端的第一电阻器和第二电阻器，以及与所述第二电阻器并联的第一电容器；所述第一外围RLC模型包括依次串联在所述阵列单元的正端至所述主体模型的正端的第一电感器和第三电阻器，以及与所述主体模型并联的第二电容器，其中，通过第一外围RLC模型的设计，可引入LED阵列中的串并联的LED之间的物理走线、连接布局等带来的寄生影响和耦合效应，且引入的第一外围RLC模型具体到单个LED对应的主体模型外围，提高了阵列单元对单颗LED在LED阵列中的实际响应特性和关联响应特性的表征能力，提高了阵列模型对各种布局的LED阵列的实际响应特性的表征能力，进而可提高光源为LED阵列的可见光通信设备通信性能的模拟分析能力，为可见光通信设备的性能优化提供便利。
[0017]本专利技术提供的LED阵列的等效电路模型的参数提取方法用于本专利技术提供的LED阵列的等效电路模型的参数提取，其根据采集获得单个LED的通信特征和电学特性，以及所述LED阵列的通信特征和电学特性进行参数拟合修正，其阵列模型的考量范围包含了LED阵列中的各LED之间的相互作用和耦合效应，拟合获得的目标等效电路模型和最终参数对LED阵列的实际本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种LED阵列的等效电路模型，其特征在于，包括与所述LED阵列对应的阵列模型，所述阵列模型包括连接方式与所述LED阵列的各LED的连接方式一一对应的多个阵列单元，其中，各所述阵列单元均包括：主体模型和第一外围RLC模型，其中，所述主体模型包括依次串联在所述主体模型的正端至负端的第一电阻器和第二电阻器，以及与所述第二电阻器并联的第一电容器，其中，所述第一电阻器、所述第二电阻器和所述第一电容器分别对应LED的电流拥挤形成的等效电阻、两端交界处的等效电阻、以及衰减电容和扩散电容的总和；所述第一外围RLC模型包括依次串联在所述阵列单元的正端至所述主体模型的正端的第一电感器和第三电阻器，以及与所述主体模型并联的第二电容器。2.根据权利要求1所述的LED阵列的等效电路模型，其特征在于，所述阵列模型外还包括第二外围RLC模型，其中，所述第二外围RLC模型包括依次串联至所述阵列模型的正端的第二电感器和第四电阻器，以及与所述阵列模型并联的第三电容器。3.根据权利要求2所述的LED阵列的等效电路模型，其特征在于，所述第二外围RLC模型的RLC阶数与所述LED阵列的阻抗频率共振点的数量一致匹配。4.一种LED阵列的等效电路模型的参数提取方法，其特征在于，所述LED阵列的等效电路模型包括根据权利要求1至3任一项所述的LED阵列的等效电路模型，所述参数提取方法包括：采集获得单个LED的通信特征和电学特性，以及所述LED阵列的通信特征和电学特性；根据单个LED的通信特征和电学特征拟合获得所述阵列单元的初始参数；将所述阵列单元的初始参数代入所述等效电路模型，获得所述等效电路模型的初始参数矩阵；根据所述LED阵列的通信特征和电学特征，以及所述初始参数矩阵，拟合修正所述等效电路模型的参数矩阵，获得所述LED阵列的目标等效电路模型的最终参数。5.根据权利要求4所述的LED阵列的等效电路模型的参数提取方法，其特征在于，在拟合修正所述等效电路模型的参数矩阵的步骤中，所述拟合包括非线性最小二乘拟合、非线性回归、遗传算法中的至少一个拟合方式。6.根据权利要求4所述的LED阵列的等效电路模型的参数提取方法，其特征在于，拟合修正所述等效电路模型的参数矩阵的步骤包括：根据所述LED阵列的通信特征和电学...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉皞，潘雪铭，凌子漩，陈煊邦，王正海，余礼苏，
申请(专利权)人：南昌大学重庆研究院，
类型：发明
国别省市：