机器视觉系统使用极短的强光闪烁来产生高速图像,用于各种数据处理应用。例如,快速移动的传送带通过机器视觉系统进行快速标签和缺陷检查。IR和激光LED闪光灯通常用于近距离和运动感应的机器视觉。安防系统发出高速、难以检测的LED闪光,以感知运动并捕捉和存储安防录像。
所有这些系统中的一个挑战是创建非常高的电流和短期(微秒)LED相机闪光灯波形,该波形可以长时间分布,例如100 ms至1秒以上。创建短而方形的LED闪光灯波形并间隔很长的时间并非易事。LED(或LED串)的驱动电流上升到1 A以上,并且LED导通时间缩小到微秒,这增加了挑战。许多具有高速脉宽调制(PWM)功能的LED驱动器可能无法在短时间内有效地处理长的关断时间和高电流,而不会降低适当的高速图像处理所需的方型波形。
为了能够为多达2A的LED灯串提供机器视觉的相机闪光灯,即使在几天之内测到的长时间关机时间也需要特殊的处理。具体来说,在对输出电容器和控制回路电容器的状态进行采样之后,LED驱动器需要在较长的关断时间内继续对这些组件进行trick流充电,以补偿典型的泄漏电流。这允许系统保持所需的毛边形状和完整性。这种方法还可以在并行使用的驱动器中扩大规模,以增加LED闪光灯电流。
图1显示了并行使用两个驱动器来驱动3-A相机闪光灯是多么容易-最多可以设计4A。该示例采用了Analog Devices的LT3932高速LED驱动器,即使在很长的关断时间内,该驱动器也可以维持输出电容器和控制环路充电状态。
1.并行LT3932 1.5A LED驱动器产生3A机器视觉LED脉冲,相对于标准PWM调光频率,该脉冲具有较长的关断时间。
机器视觉系统对LED闪光灯的要求远远超过标准PWM调光驱动器所能满足的要求。也就是说,大多数高端LED驱动器设计为以至少100 Hz的PWM频率产生PWM调光亮度控制。这是因为即使LED波形是方形且可重复的,人眼仍可将较低的频率视为令人讨厌的闪烁或频闪。
在100 Hz时,理论上最大关闭时间约为10 ms。在10毫秒的关断时间内,如果设计正确,LED驱动器将损失最少的输出电容器电荷,使其能够以与结束最后一个PWM ON脉冲大致相同的状态启动控制环路。 电感器电流和下一个LED PWM ON脉冲的快速响应和加速可以快速且可重复,并且启动时间最短。较长的关断时间(对于低于100 Hz的频率)会因泄漏而导致输出电容器电荷损失,从而在重新打开LED时阻止快速响应。
并联LED驱动器,可提供更高的电流
LED驱动器充当电流源,调节通过发光二极管发出的电流。由于电流仅沿单个方向流向输出,因此可以并联放置多个LED驱动器,它们的电流通过负载求和。无需保护电流源免于电流流经一个转换器或输出不匹配。另一方面,稳压器天生不擅长电流共享。如果他们都试图将输出电压调节到一个点,并且反馈网络中存在细微差别,则调节器可能会吸收反向电流。
LED驱动器会维持其输出电流,而与其他可能会在输出负载上提供总电流的驱动器无关。这使得并行LED驱动器非常简单。例如,图1所示的两个并行LED驱动器的LED闪光灯系统以3A的效率有效地驱动了四个LED,而这些短LED在很长的时间内分散了10µs的脉冲,这是由机器视觉系统定义的。每个转换器在PWM接通时间期间提供总串电流的一半,并在PWM断开时间期间关闭并保存其输出状态。关闭时间可以短也可以长,而不会影响闪光波形的可重复性。
在长时间关闭期间,并行相机闪光灯应用程序具有与单个转换器几乎相同的简单性。转换器在最后一个PWM ON脉冲结束时观察共享的输出电压,即使在很长的关断时间内,也能使输出电容器保持充电状态。
每个转换器通过共享负载断开其PWM MOSFET的连接,并通过在泄漏能量时向该电容器提供电流,将其输出电容器充电到接近最后的电压状态。这些电容器在较长的关断时间内经历的任何泄漏都可以通过少量的维护电流来克服。当下一个PWM ON脉冲开始时,每个转换器的PWM MOSFET都将导通,并且输出电容器将以与最后一个脉冲大致相同的状态启动,而不管是经过10 ms还是整天。
图2演示了 并行 LED 驱动器 ,以10 µs机器视觉的摄像头脉冲以3 A的电流驱动四个LED。 无论有10 ms的PWM关断时间(100 Hz)还是1秒的PWM关断时间(1 Hz),LED脉冲都清晰而快速,这是机器视觉系统的理想选择。
2.图1的并行LED驱动器的3-A相机闪光波形看起来相同,而与PWM关闭时间无关。波形显示,10 ms(顶部)和一秒钟(底部)之后的10µs脉冲是相同的。在一天或更长时间的PWM关闭时间之后,LT3932 LED闪光灯看起来也一样。
更高的电流是可能的
并行LED驱动器不限于两个转换器。三个或更多转换器可以并联以产生具有尖锐边缘的更高电流波形。由于该系统没有主设备或从设备,因此所有转换器都提供相同量的电流并平均分配负载。
建议所有并行LED驱动器转换器共享相同的同步时钟并保持同相。这样可确保所有转换器的输出电容器纹波相位大致相同,从而使纹波电流不会倒流或在不同转换器之间流动。
对于PWM脉冲波形,保持与2 MHz同步时钟同相非常重要。这将确保LED闪光波形保持方形且无抖动,从而产生最佳的图像处理结果(图3)。
3.工业传送带上机器视觉的示例。检查系统以许多不同的速度移动,但是闪存技术必须快速清晰。
的LT3932示范电路(DC2286A)被设计来驱动1名阿的LED电流通过一个或2的LED作为一个降压LED驱动器。它可以很容易地被改变和并联,如图图1,对于较高的电流,较高的电压,或并联运行。
图4说明了两个这样的电路如何被容易地连接在一起,从通过四个LED驱动10微秒,3-A的脉冲一个24 - V 输入。为了测试的目的,一个脉冲发生器可被用于对所述同步时钟信号(图4,再次)。在生产机器视觉的系统中,时钟芯片可用于生成同步的同步和PWM脉冲。对于更高-电流脉冲,添加更多的示范电路DC2286A转换器使用 的 相同 并行 方案。
4.两个DC2286A LT3932演示电路很容易并联连接,以创建3至4A机器视觉LED闪光灯应用,如图1所示。
机器视觉系统可以使用并行LED驱动器来创建自动图像处理所需的快速,方形,高电流波形。通过连接并行转换器,它们也可以扩展到更高的电流-即使关闭时间很长,这些转换器也可能会产生微秒级的更高脉冲。 无论LED闪光灯之间的关闭时间有多长,LED相机闪光灯的波形均保持方形且无抖动。