高功率機器視覺閃光燈的 LED 驅動器

自zi動dong化hua並bing非fei新xin鮮xian事shi物wu，無wu論lun是shi在zai生sheng產chan還hai是shi檢jian測ce領ling域yu

，其qi需xu求qiu都dou在zai迅xun速su增zeng長chang。傳chuan感gan器qi的de使shi用yong越yue來lai越yue多duo
，其qi中zhong許xu多duo基ji於yu直zhi接jie光guang或huo反fan射she光guang檢jian測ce。有you些xie傳chuan感gan器qi工gong作zuo在zai可ke見jian光guang範fan圍wei內nei，有you些xie則ze工gong作zuo在zai不bu可ke見jian光guang範fan圍wei內nei。LED照明已成為大多數應用的標準，因為固態光源相較於其他照明技術擁有諸多優勢。然而，LED照明係統的優劣取決於外圍元器件，而LED驅動器是許多應用中的關鍵元件之一。

機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)非(fei)常(chang)短(duan)的(de)強(qiang)光(guang)閃(shan)光(guang)來(lai)生(sheng)成(cheng)高(gao)速(su)圖(tu)像(xiang)，這(zhe)些(xie)圖(tu)像(xiang)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)各(ge)種(zhong)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)應(ying)用(yong)。例(li)如(ru)，快(kuai)速(su)移(yi)動(dong)的(de)傳(chuan)送(song)帶(dai)通(tong)過(guo)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)標(biao)簽(qian)和(he)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)。紅(hong)外(wai)和(he)激(ji)光(guang) LED 閃光燈通常用於近距離和運動感應機器視覺。安防係統會發出高速
、難以察覺的 LED 閃光，以感應運動並捕捉和存儲安防錄像。

所有這些係統都麵臨著一個挑戰，那就是創建極高電流和短時（微秒級）的 LED 攝像頭閃光波形
，這些波形可能會分散在很長的時間段內，例如 100 毫秒到 1 秒以上。創建間隔較長的短方形 LED 閃光波形並非易事。隨著 LED（或 LED 燈串）的驅動電流超過 1 A，LED 的開啟時間縮短至微秒級，挑戰也隨之增加。許多具有高速 PWM 功能的 LED 驅動器可能無法有效處理長關斷時間和短時間內的高電流
，否則會降低正確高速圖像處理所需的方波波形。

專有 LED 閃光燈

幸運的是，我們示例中的高速 LED 驅動器可以為高達 2 A 的 LED 燈串提供機器視覺相機閃光燈
，即使在 1 秒、1 小時、1 tianhuogengchangshijiandechangguanduanshijianneiyenengshixian。teshudexiangjishanguangdenggongnengshiqijishizaichangguanduanshijianneiyenengbaochishuchudianronghekongzhihuanludechongdianzhuangtai。zaiduishuchuhekongzhihuanludianrongdezhuangtaijinxingcaiyanghou，qudongqihuizaichangguanduanshijianneijixuduizhexiezujianjinxingjuanliuchongdian
，yibuchangdianxingdeloudianliu，erqita LED 驅動器無法解決這個問題。

當驅動器並聯以增加 LED 閃光燈電流時
，專有閃光燈技術可以擴展。所需的閃光形狀和完整性得以保持。圖 2 顯示了為 3 A 相機閃光燈並聯兩個驅動器是多麼容易——高達 4 A 的設計也是可行的。

圖 2：並聯 1.5 A LED 驅動器產生 3 A 機器視覺 LED 脈衝，相對於標準 PWM 調光頻率具有較長的關斷時間。

機器視覺係統對 LED 閃光燈的要求遠超標準 PWM 調光驅動器所能滿足的水平。也就是說
，大多數LED 驅動器的設計目標是以至少 100 Hz 的 PWM 頻率實現 PWM 調光亮度控製。這是因為即使 LED 波形是方波且可重複，較低的頻率也會被人眼感知為惱人的閃爍或頻閃。在 100 Hz 下，理論關斷時間約為max. 10 ms。在 10 ms 關斷時間內
，如果設計正確，LED 驅動器的輸出電容電荷損失非常小，使其能夠以與上一個 PWM 導通脈衝結束時大致相同的狀態啟動控製環路。電感電流的快速響應和上升以及下一個 LED PWM 導通脈衝可以快速且可重複地啟動，同時更大限度地縮短啟動時間。較長的關斷時間（頻率低於 100 Hz）可能會因漏電而導致輸出電容電荷損失，從而影響 LED 再次開啟時的快速響應。

並聯 LED 驅動器實現更高電流

LED 驅動器充當電流源，調節通過發光二極管發出的電流。由於電流僅沿單向流向輸出
，因此可以並聯多個 LED 驅qu動dong器qi，並bing使shi其qi電dian流liu彙hui聚ju流liu過guo負fu載zai。電dian流liu源yuan無wu需xu保bao護hu，以yi防fang止zhi電dian流liu通tong過guo一yi個ge轉zhuan換huan器qi反fan向xiang流liu動dong或huo輸shu出chu不bu匹pi配pei。另ling一yi方fang麵mian，電dian壓ya調tiao節jie器qi本ben身shen並bing不bu擅shan長chang均jun流liu。如ru果guo它ta們men都dou試shi圖tu將jiang輸shu出chu電dian壓ya調tiao節jie到dao某mou一yi點dian，並bing且qie其qi反fan饋kui網wang絡luo略lve有you不bu同tong
，則ze調tiao節jie器qi可ke能neng會hui吸xi收shou反fan向xiang電dian流liu。

LED 驅動器會維持其輸出電流，而不受其他驅動器可能提供的額外電流彙聚到輸出負載的影響。這使得 LED 驅動器的並聯變得非常簡單。例如，圖 2 所示的由兩個並聯 LED 驅動器組成的 LED 閃光燈係統可以高效地驅動 4 個 3 A 的 LED，並以機器視覺係統定義的長周期（10 µs）分散的短脈衝驅動。每個轉換器在PWM導通期間提供總燈串電流的一半，並在PWM關斷期間關閉並保存其輸出狀態。關斷時間可長可短，對閃光波形的可重複性沒有影響。

並聯相機閃光燈應用在長關斷時間內幾乎與單個轉換器一樣簡單。轉換器在最後一個 PWM 導通脈衝結束時監測共享輸出電壓，並保持輸出電容充電至該狀態
，即使在長關斷時間內也是如此。每個轉換器將其 PWM MOSFET yugongxiangfuzaiduankai
，bingtongguozaidianrongloudianshixiangqitigongdianliu，shiqishuchudianrongchongdianzhijiejinshangyigedianyazhuangtai。zhexiedianrongzaichangguanduanshijianneichanshengderenheloudiandoukeyitongguoshaoliangweichidianliulaidixiao。dangxiayige PWM 導通脈衝開始時，每個轉換器的 PWM MOSFET 導通
，輸出電容啟動時的狀態與上一個脈衝大致相同

，無論時間過去了 10 毫秒還是一整天。

圖 3a 和 b 展示了並聯 LED 驅動器以 3 A 電流驅動 4 個 LED
，並使用 10 µs 的機器視覺相機脈衝。無論是 10 毫秒 PWM 關閉時間（100 Hz）還是 1 秒 PWM 關閉時間（1 Hz）
，LED 脈衝都是尖銳而快速的
，這對於機器視覺係統來說是理想的。

圖 3：無論 PWM 關斷時間長短，圖 1 中並聯 LED 驅動器的相機閃光燈波形看起來都一樣。波形顯示，(a) 10 毫秒後和 (b) 1 秒後 10 µs 脈衝的波形相同。這款 LED 閃光燈在 PWM 關斷一天或更長時間後看起來也一樣。

更高電流亦可行

並聯 LED qudongqibuxianyulianggezhuanhuanqi。sangehuogengduozhuanhuanqikeyibinglian
，yichanshengjuyoudouqiaobianyandegenggaodianliuboxing。youyugaixitongmeiyouzhushebeihuocongshebeizhifen
，suoyouzhuanhuanqijuntigongxiangtongdaxiaodedianliubingjundengfendanfuzai。jianyisuoyoubinglian LED qudongqizhuanhuanqigongxiangxiangtongdetongbushizhongbingbaochitongxiang。zhekequebaosuoyouzhuanhuanqideshuchudianrongwenboxiangweidazhixiangtong
，congerbimianwenbodianliufanxiangliudonghuozaibutongzhuanhuanqizhijianliudong。PWM 脈衝波形與 2 MHz 同步時鍾保持同相至關重要。這可確保 LED 閃光波形保持方波且無抖動，從而產生好的圖像處理效果。

該演示電路設計用於作為降壓 LED 驅動器
，以驅動 1 A 電流流過一個或兩個 LED。如圖 1 所示，它可以輕鬆進行修改和並聯，以實現更高的電流、更高的電壓或並聯操作。圖 4 演示了如何輕鬆連接兩個這樣的電路，以 24 V 輸入驅動 10 µs、3 A 脈衝流經 4 個 LED。出於測試目的，可以使用脈衝發生器來提供同步時鍾信號
，如圖 4 所示。在生產機器視覺係統中，可以使用時鍾芯片來生成同步脈衝和 PWM 脈衝。如果需要更高的電流脈衝

，可以使用相同的並聯方案添加更多演示電路轉換器。

圖 4：兩個演示電路可輕鬆並聯
，以創建圖 2 所示的 3 A 至 4 A 機器視覺 LED 閃光燈應用。

結論

機器視覺係統可以使用並聯 LED 驅動器來創建自動圖像處理所需的快速、方波
、高電流波形。所選 LED 驅動器的專有相機閃光技術可以通過連接並聯轉換器擴展到更高的電流。因此，即使在較長的關斷時間下
，也能實現微秒級的 3 A 及更高脈衝。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波且無抖動。這是機器視覺係統應用在生產中安全可靠運行的必要條件。