作者：Keith Szolusha and Kyle Lawrence

機(jī)器視覺系統(tǒng)使用非常短的強(qiáng)光閃光來生成用于各種數(shù)據(jù)處理應(yīng)用的高速圖像。例如，快速移動(dòng)的傳送帶通過機(jī)器視覺系統(tǒng)運(yùn)行，用于快速標(biāo)簽和缺陷檢查。紅外和激光LED閃光燈通常用于接近和運(yùn)動(dòng)感應(yīng)機(jī)器視覺。安全系統(tǒng)發(fā)出高速、難以檢測的 LED 閃光燈，以感應(yīng)運(yùn)動(dòng)并捕獲和存儲(chǔ)安全錄像。

所有這些系統(tǒng)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是產(chǎn)生非常高的電流和短期（微秒）LED相機(jī)閃光波形，這些波形可以分布在很長一段時(shí)間內(nèi)，例如100 ms到1 s以上。創(chuàng)建由長時(shí)間分隔的短方形LED閃光波形并非易事。隨著LED（或LED串）的驅(qū)動(dòng)電流上升到1 A以上，LED導(dǎo)通時(shí)間縮短至微秒，挑戰(zhàn)也隨之增加。許多具有高速PWM功能的LED驅(qū)動(dòng)器可能無法在短時(shí)間內(nèi)有效地處理長關(guān)斷時(shí)間和大電流，而不會(huì)降低適當(dāng)?shù)母咚賵D像處理所需的方形波形。

專有 LED 閃光燈

幸運(yùn)的是，LT3932高速LED驅(qū)動(dòng)器可以為高達(dá)2 A LED燈串提供機(jī)器視覺相機(jī)閃光燈，即使關(guān)斷時(shí)間較長，如1秒、1小時(shí)、1天或更長時(shí)間。LT3932 的特殊相機(jī)閃光燈功能使其能夠保持輸出電容器和控制環(huán)路充電狀態(tài)，即使在長關(guān)斷時(shí)間內(nèi)也是如此。在對(duì)輸出和控制環(huán)路電容器的狀態(tài)進(jìn)行采樣之后，LT3932 在較長的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)繼續(xù)對(duì)這些組件進(jìn)行涓流充電，以補(bǔ)償?shù)湫偷穆╇娏鳎渌?LED 驅(qū)動(dòng)器沒有考慮到這一點(diǎn)。

LT3932 的專有閃存技術(shù)可在驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)以增加 LED 閃光燈電流時(shí)縱向擴(kuò)展。保持所需的閃光形狀和完整性。圖1顯示了3 A相機(jī)閃光燈并聯(lián)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器是多么容易——最高可達(dá)4 A的設(shè)計(jì)。

圖1.并行LT3932 1.5 A LED驅(qū)動(dòng)器可產(chǎn)生3 A機(jī)器視覺LED脈沖，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)PWM調(diào)光頻率具有較長的關(guān)斷時(shí)間。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的LED閃光燈要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)PWM調(diào)光驅(qū)動(dòng)器所能滿足的要求。也就是說，大多數(shù)高端LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)用于在至少100 Hz的PWM頻率下產(chǎn)生PWM調(diào)光亮度控制。這是因?yàn)槿搜劭梢詫⑤^低的頻率感知為惱人的閃爍或頻閃，即使LED波形是方形且可重復(fù)的。在 100 Hz 時(shí)，理論最大關(guān)斷時(shí)間約為 10 ms。在10 ms關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，如果設(shè)計(jì)正確，LED驅(qū)動(dòng)器損失的輸出電容電荷最小，使其能夠以與結(jié)束最后一個(gè)PWM ON脈沖大致相同的狀態(tài)啟動(dòng)其控制環(huán)路。電感電流和下一個(gè) LED PWM ON 脈沖的快速響應(yīng)和斜坡上升可以快速且可重復(fù)，并最大限度地減少啟動(dòng)時(shí)間。較長的關(guān)斷時(shí)間（頻率低于 100 Hz）可能會(huì)因泄漏而導(dǎo)致輸出電容器電荷損失，從而阻止 LED 重新打開時(shí)的快速響應(yīng)。

用于更高電流的并聯(lián) LED 驅(qū)動(dòng)器

LED驅(qū)動(dòng)器充當(dāng)電流源，調(diào)節(jié)通過發(fā)光二極管發(fā)出的電流。由于電流僅沿單個(gè)方向流向輸出，因此多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器可以并聯(lián)放置，并且它們的電流通過負(fù)載相加。不需要保護(hù)電流源免受電流反向流過一個(gè)轉(zhuǎn)換器或輸出不匹配的影響。另一方面，穩(wěn)壓器本身并不擅長均流。如果它們都試圖將輸出電壓調(diào)節(jié)到一個(gè)點(diǎn)，并且它們的反饋網(wǎng)絡(luò)略有不同，則穩(wěn)壓器可能會(huì)消耗反向電流。

LED 驅(qū)動(dòng)器保持其輸出電流，而不考慮可能提供輸出負(fù)載總和的額外電流的其他驅(qū)動(dòng)器。這使得并聯(lián)LED驅(qū)動(dòng)器變得非常簡單。例如，圖1所示的兩個(gè)并聯(lián)LT3932 LED驅(qū)動(dòng)器的LED閃光燈系統(tǒng)以3 A電流高效驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED，10 μs短脈沖按機(jī)器視覺系統(tǒng)定義。每個(gè) LT3932 轉(zhuǎn)換器在 PWM 導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)提供總串電流的一半，并在 PWM 關(guān)斷時(shí)間期間關(guān)斷并保存其輸出狀態(tài)。關(guān)斷時(shí)間可短可長，對(duì)閃光波形的可重復(fù)性沒有影響。

在長關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，并行相機(jī)閃光燈應(yīng)用與單個(gè)轉(zhuǎn)換器具有幾乎相同的簡單性。轉(zhuǎn)換器在最后一個(gè)PWM導(dǎo)通脈沖結(jié)束時(shí)觀察共享輸出電壓，并保持輸出電容充電至該狀態(tài)，即使在長關(guān)斷時(shí)間內(nèi)也是如此。每個(gè)轉(zhuǎn)換器將其PWM MOSFET與共享負(fù)載斷開，并通過在輸出電容泄漏能量時(shí)向該電容提供電流，使其輸出電容充電至大約最后一個(gè)電壓狀態(tài)。這些電容器在長關(guān)斷時(shí)間內(nèi)遇到的任何泄漏都可以通過少量的維護(hù)電流來克服。當(dāng)下一個(gè)PWM導(dǎo)通脈沖啟動(dòng)時(shí)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器的PWM MOSFET導(dǎo)通，輸出電容以與最后一個(gè)脈沖大致相同的狀態(tài)啟動(dòng)，無論10 ms過去了還是一整天。

圖2（a）和2（b）顯示了LT3932并行LED驅(qū)動(dòng)器以10 μs機(jī)器視覺相機(jī)脈沖在3 A電流下驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED。無論 10 ms PWM 關(guān)斷時(shí)間 （100 Hz） 還是 1 s PWM 關(guān)斷時(shí)間 （1 Hz），LED 脈沖都銳利而快速，非常適合機(jī)器視覺系統(tǒng)。

圖2.3 圖1的并行LED驅(qū)動(dòng)器的相機(jī)閃光波形看起來相同，無論P(yáng)WM關(guān)斷時(shí)間長短如何。波形顯示，（a）10 ms之后的10 μs脈沖和（b）1秒后的10 μs脈沖是相同的。LT3932 LED 閃光燈在一天或更長時(shí)間的 PWM 關(guān)斷時(shí)間后看起來也是一樣的。

甚至可以實(shí)現(xiàn)更高的電流

并聯(lián)LED驅(qū)動(dòng)器不限于兩個(gè)轉(zhuǎn)換器。三個(gè)或更多轉(zhuǎn)換器可以并聯(lián)，以產(chǎn)生具有鋒利邊緣的更高電流波形。由于該系統(tǒng)沒有主器件或從器件，因此所有轉(zhuǎn)換器都提供相同的電流并平均分擔(dān)負(fù)載。建議所有并行LED驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換器共享相同的同步時(shí)鐘并保持同相。這確保了所有轉(zhuǎn)換器在其輸出電容的紋波上具有大致相同的相位，以便紋波電流不會(huì)倒流或在不同轉(zhuǎn)換器之間流動(dòng)。PWM脈沖波形必須與2 MHz同步時(shí)鐘保持同相。這可確保LED閃光波形保持方形且無抖動(dòng)，從而產(chǎn)生最佳的圖像處理效果。

LT3932演示電路（DC2286A）設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)1 A的LED電流通過一個(gè)或兩個(gè)LED，作為降壓型LED驅(qū)動(dòng)器。如圖1所示，它可以很容易地改變和并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)更高的電流、更高的電壓或并聯(lián)操作。圖4顯示了如何將其中兩個(gè)電路輕松連接在一起，從24 V輸入通過4個(gè)LED驅(qū)動(dòng)10 μs、3 A脈沖。出于測試目的，脈沖發(fā)生器可用于同步時(shí)鐘信號(hào)，如圖4所示。在生產(chǎn)機(jī)器視覺系統(tǒng)中，時(shí)鐘芯片可用于生成同步和PWM脈沖。對(duì)于更高電流的脈沖，使用相同的并聯(lián)方案添加更多演示電路DC2286A轉(zhuǎn)換器。

圖3.工業(yè)傳送帶上的機(jī)器視覺示例。檢測系統(tǒng)以許多不同的速度移動(dòng)，但閃蒸技術(shù)必須快速而清晰。

圖4.兩個(gè)DC2286A LT3932演示電路可輕松并聯(lián)，以創(chuàng)建圖1所示的3 A至4 A機(jī)器視覺LED閃光燈應(yīng)用。

結(jié)論

機(jī)器視覺系統(tǒng)可以使用并行 LED 驅(qū)動(dòng)器來創(chuàng)建自動(dòng)圖像處理所需的快速、方形、高電流波形。LT3932 LED 驅(qū)動(dòng)器的專有相機(jī)閃光燈技術(shù)可通過連接并聯(lián)轉(zhuǎn)換器擴(kuò)展到更高的電流。并聯(lián) LT3932 轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn) 3 A 和更高幾微秒級(jí)的脈沖，即使關(guān)斷時(shí)間較長也是如此。無論LED閃光燈之間的關(guān)閉時(shí)間有多長，LED相機(jī)閃光波形都保持方形且無抖動(dòng)。

審核編輯：郭婷