Visible light communication technique in a step down converter for LED-based lighting systems

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESThis work presents the complete formulation of a synchronous buck converter operating as a Light Emitting Diode (LED) driver for Visible Light Communication (VLC). It also presentes a state of the art review on VLC technology. VLC consists on the use of LEDs as transmitters of digital information by modulating their light throughout an optical wireless channel. The converter is able to synthetize a binary phase shift keying (BPSK) modulation at the LED’s current while operating as power source for both communication and illumination functions. The modulation is given by the phase change of the converter’s inherent ripple waveform, which transmits data without requiring any other extra power components. Given this reason, this application is advantageous to be in VLC networks composed by sensor networks and many other Internet of Things environments of low implementation cost. Moreover, the complete mathematical modeling of the converter as part of a communication system is given. The Bit Error Rate is evaluated by means of simulations and analytical results. Finally, experimental results in a 22,6 W LED load validate the propsoed theory and show the impacts imposed by the communication functin on the system’s efficacy.Este trabalho apresenta a modelagem e implementação prática de um conversor rebaixador síncrono operando como circuito de acionamento e controle de Diodos Emissores de Luz (LEDs) voltados para Comunicação por Luz Visível (CLV). Utiliza-se o conversor para modular a luz gerada pelos LEDs de maneira a transmitir dados e iluminar o ambiente. Apresenta-se, em detalhes, uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte da CLV. Em adição, apresenta-se a capacidade do conversor em destaque de sintetizar uma modulação binária por chaveamento de fase oriunda da ondulação de saída (ripple) inerente à operação do circuito. Desta forma, esta modulação não utiliza da adição de elementos extras de potência para agregar a função de CLV em sistemas de iluminação baseados em LEDs. Esta característica torna-se atrativa para a aplicação desta técnica em redes de sensores e ambientes de Internet das Coisas. Apresenta-se a modelagem matemática completa do sistema enquanto fonte de potência para iluminação e enquanto parte de um transmissor digital em um sistema de comunicação. Avalia-se a Taxa de Erro de Bit do sistema para um canal de ruído branco gaussiano aditivo. Por fim, os resultados experimentais em uma carga de LEDs de 22,6 W validam a técnica de CLV proposta, apresentando uma análise comparativa acerca da eficácia do sistema durante o funcionamento da transmissão