在科技高度發(fā)展的今天，電子產品的更新?lián)Q代越來越快，LED燈的技術也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。機器視覺系統(tǒng)使用非常短的強光閃爍來產生用于各種數據處理應用的高速圖像。例如，快速移動的傳送帶通過機器視覺系統(tǒng)進行快速標簽和缺陷檢測。

紅外和激光LED閃光燈常用于近程和運動檢測機器視覺。安全系統(tǒng)發(fā)出高速、難以察覺的LED閃光燈來檢測運動，捕獲和存儲安全影像。

所有這些系統(tǒng)都存在的一個挑戰(zhàn)，即產生非常高的電流和短時間(微秒)LED相機閃光波形，這些波形可能散開在較長時間內，例如100 ms到1 s以上。產生間隔較長時間的短時LED閃光方波并非易事。當LED(或LED串)的驅動電流上升到1 A以上，并且LED開啟時間縮短到幾微秒時，挑戰(zhàn)難度進一步加大。許多具有高速PWM能力的LED驅動器可能無法有效處理較長關斷時間和短時間的高電流，而又不降低適當處理高速圖像所需的方波質量。

專有LED閃光燈

幸運的是，LT3932高速LED驅動器可為高達2 A的LED串提供機器視覺相機閃光燈，關斷時間可以長達1秒、1小時、1天或更長時間。LT3932的特殊相機閃光燈功能允許其保持輸出電容和控制環(huán)路充電狀態(tài)，哪怕是在長關斷時間內。對輸出和控制環(huán)路電容的狀態(tài)進行采樣后，LT3932繼續(xù)在長關斷期間對這些元件進行涓流充電，以補償通常都會有的漏電流，而這是其他LED驅動器未予考慮的。

LT3932的專有閃光技術可以擴展，驅動器可以并聯(lián)以提供更高的LED閃光電流。所需的閃光形狀和完整性保持不變。圖1顯示了并聯(lián)兩個驅動器以支持3 A相機閃光燈是多么容易，高達4 A的設計也是可行的。

機器視覺系統(tǒng)的LED閃光燈要求遠遠高于標準PWM調光驅動器所能達到的要求。也就是說，大多數高端LED驅動器設計用于在至少100 Hz的PWM頻率下提供PWM調光亮度控制。這是因為，若頻率較低，哪怕LED波形是方形且可重復的，人眼看到的也是令人討厭的閃爍或頻閃。在100 Hz時，理論最大關斷時間約為10 ms。在10 ms關斷時間內，如果設計正確，LED驅動器會損失極少輸出電容電荷，使其在大約相同的狀態(tài)下啟動控制環(huán)路，從而結束最后一個PWM導通脈沖。電感電流和下一個LED PWM導通脈沖的快速響應和斜坡上升可以很快且可重復，并且啟動時間極短。較長關斷時間(頻率低于100 Hz時)可能會導致輸出電容因漏電而損失電荷，從而使LED重新開啟時無法快速響應。

并聯(lián)LED驅動器以提供更高電流

LED驅動器充當電流源，調節(jié)通過發(fā)光二極管發(fā)出的電流。電流僅沿單一方向流向輸出，因此可將多個LED驅動器并聯(lián)起來，其電流匯總后通過負載。電流源不需要防范電流通過一個轉換器反向流動，也無需擔心輸出不匹配。另一方面，電壓調節(jié)器本身并不擅長均流。如果它們都試圖將輸出電壓調節(jié)到某一點，并且其反饋網絡存在細微差異，則調節(jié)器可能會吸收反向電流。

LED驅動器會保持其輸出電流不變，無論其他驅動器是否提供額外電流并匯總在輸出負載上。這使得并聯(lián)LED驅動器非常簡單。例如，圖1所示兩個并聯(lián)LT3932 LED驅動器構成的LED閃光燈系統(tǒng)能以3 A高效驅動4個LED，10μs短脈在機器視覺系統(tǒng)所定義的較長期間內沖散開來。在PWM導通時間內，每個LT3932轉換器產生總串電流的一半;在PWM關斷時間內，轉換器關閉并保存其輸出狀態(tài)。關斷時間可短可長，對閃光波形的重復性沒有影響。

圖1.相對于標準PWM調光頻率，并聯(lián)LT3932 1.5 A LED驅動器產生具有長關斷時間的3 A機器視覺LED脈沖。

圖2.無論PWM關斷時間是多少，圖1所示并聯(lián)LED驅動器的3 A相機閃光波形看起來相同。波形顯示，(a) 10 ms之后和(b) 1 s之后的10μs脈沖是相同的。經過一天或更長的PWM關斷時間之后，LT3932 LED閃光波形看起來也相同。

在長關斷期間，并聯(lián)相機閃光燈應用幾乎與單個轉換器一樣簡單。轉換器觀察最后一個PWM導通脈沖結束時的共享輸出電壓，讓輸出電容充電至該狀態(tài)并保持，即使在長關斷時間內也如此。每個轉換器將其PWM MOSFET與共享負載斷開連接，并向其輸出電容供應電流以補償泄漏的能量，使該電容充電至接近最后電壓狀態(tài)并保持。這些電容在長關斷時間內發(fā)生的任何泄漏都可以通過少量維持電流來補償。當下一個PWM導通脈沖開始時，每個轉換器的PWM MOSFET導通，輸出電容以與最后一個脈沖大致相同的狀態(tài)啟動，無論是經過了10 ms還是一整天。

圖2(a)和2(b)顯示了LT3932并聯(lián)LED驅動器以3 A驅動4個LED，機器視覺相機脈沖為10μs。無論是10 ms PWM關斷時間(100 Hz)還是1 s PWM關斷時間(1 Hz)，LED脈沖都很陡峭且快速，這對于機器視覺系統(tǒng)是非常理想的。

實現更高電流亦可行

并聯(lián)LED驅動器不限于兩個轉換器。三個或更多轉換器也可以并聯(lián)在一起，產生具有陡沿的更高電流波形。該系統(tǒng)沒有主器件或從器件，因此所有轉換器都提供相同量的電流并平均分擔負載。建議所有并聯(lián)LED驅動器轉換器共享相同的同步時鐘并保持同相。這樣可確保所有轉換器的輸出電容紋波具有大致相同的相位，故而紋波電流不會反向流動或在不同轉換器之間流動。PWM脈沖波形與2 MHz同步時鐘保持同相很重要。這樣可確保LED閃光波形保持方形且無抖動，從而產生最佳圖像處理結果。

LT3932演示電路(DC2286A)設計為通過一個或兩個LED(作為降壓LED驅動器)驅動1 A的LED電流。如圖1所示，它很容易進行更改和并聯(lián)，以實現更高電流、更高電壓或并聯(lián)運行。圖4顯示了如何將兩個這樣的電路輕松連接在一起，從24 V輸入以10μs、3 A脈沖驅動4個LED。出于測試目的，脈沖發(fā)生器可用于提供同步時鐘信號，如圖4所示。在量產機器視覺系統(tǒng)中，可利用時鐘芯片生成同步時鐘信號和PWM脈沖。如需更高電流脈沖，可使用相同的并聯(lián)方案添加更多演示電路DC2286A轉換器。

圖3.工業(yè)傳送帶上的機器視覺例子。檢測系統(tǒng)以多種不同速度移動，但閃光技術必須快速而清晰。

結語

機器視覺系統(tǒng)可以使用并聯(lián)LED驅動器來創(chuàng)建自動圖像處理所需的快速、方形、高電流波形。通過并聯(lián)轉換器，LT3932 LED驅動器的專有相機閃光燈技術可以擴展到更高的電流。采用并聯(lián)LT3932轉換器，即使關斷時間較長，也可以實現3 A和更高的微秒級脈沖。

無論LED閃光之間的關斷時間有多長，LED相機閃光波形都能保持方形且無抖動?，F在的LED燈或許會有一些問題，但是我們相信隨著科學技術的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問題終將唄解決，未來的LED一定是高效率，高質量的。