Для получения высокоскоростных изображений, необходимых в самых разнообразных приложениях обработки данных, в системах машинного зрения используются очень короткие вспышки интенсивного света. Например, движущиеся с высокой скоростью конвейерные ленты проходят через системы машинного зрения для быстрого контроля этикеток и дефектов. Вспышки на основе инфракрасных и лазерных светодиодов обычно используются в датчиках приближения и движения систем машинного зрения. Системы безопасности излучают высокоскоростные трудно обнаруживаемые светодиодные вспышки для распознавания движения и захвата и хранения записей с камер видеонаблюдения.
 |
|
| Рисунок 1. | Пример машинного зрения на промышленной конвейерной ленте. Системы контроля работают с разными скоростями, но технология вспышки должна быть быстрой и четкой. |
Одной из проблем во всех этих системах является формирование сильноточных и коротких (микросекунды) импульсов светодиодной вспышки камеры с очень большими периодами ожидания, которые могут составлять от 100 мс до 1 с и более. Формирование коротких прямоугольных сигналов светодиодной вспышки, разделенных длительными периодами времени, является нетривиальной задачей. Из-за того, что токи возбуждения светодиодов (или светодиодных цепочек) превышают 1 А, а время включения сокращается до микросекунд, сложность технического решения возрастает еще больше. Многие драйверы светодиодов, поддерживающие высокоскоростную ШИМ, не могут эффективно работать с длительными периодами выключения и мощными короткими импульсами тока без ухудшения прямоугольной формы сигнала, необходимой для правильной обработки высокоскоростных изображений.
Собственная технология управления светодиодной вспышкой компании AD
К счастью, быстродействующий драйвер светодиодов LT3932 может обеспечить светодиодные цепочки вспышек камер машинного зрения током до 2 А даже при длительном отключении на 1 секунду, 1 час, 1 день или дольше (Рисунок 1). Реализованная в LT3932 специальная функция управления вспышкой камеры позволяет поддерживать состояние заряда выходного конденсатора и контура управления даже в течение длительного времени простоя. После выборки состояния выходных конденсаторов и конденсаторов контура управления LT3932 продолжает подзаряжать эти компоненты в течение всего времени отключения, чтобы компенсировать свойственные им токи утечки, которые не учитываются другими драйверами светодиодов.
Запатентованная технология, реализованная в LT3932, допускает масштабирование путем параллельного соединения нескольких драйверов для увеличения тока светодиодной вспышки. При этом желаемая форма импульса вспышки и его целостность сохраняются. Из Рисунка 2 видно, как легко соединить параллельно два драйвера для 3-амперной вспышки камеры; при этом максимальный ток составляет 4 А.
 |
|
| Рисунок 2. | Включенные параллельно 1.5-амперные светодиодные драйверы LT3932 обеспечивают систему машинного зрения импульсами амплитудой 3 А с длительным временем отключения. |
Требования к светодиодным вспышкам систем машинного зрения намного выше, чем может обеспечить стандартный драйвер для ШИМ регулятора яркости. Дело в том, что большинство высококачественных светодиодных драйверов предназначены для диммирования с частотой ШИМ не менее 100 Гц. Это связано с тем, что более низкие частоты могут восприниматься человеческим глазом как раздражающее мерцание или дерганье, даже если импульсы ШИМ, управляющие светодиодами, строго прямоугольные и периодические. При частоте 100 Гц теоретическое максимальное время выключения составляет около 10 мс. В течение 10 мс выключенного состояния правильно спроектированный драйвер светодиода теряет минимальное количество заряда выходного конденсатора, что позволяет ему запускать свой контур управления примерно в том же состоянии, в котором он находился во время последнего включения импульса ШИМ. Скорости отклика и нарастания тока дросселя, а также включение следующего импульса ШИМ тока светодиода могут быть быстрыми и воспроизводимыми при минимальном времени запуска. Более длительное выключение (для частот ниже 100 Гц) может привести к потере заряда выходного конденсатора из-за утечки, что помешает быстрой реакции при повторном включении светодиода.
Параллельное включение драйверов светодиодов для увеличения выходного тока
Драйверы светодиодов работают как источники тока, стабилизируя ток, возбуждающий светодиоды. Поскольку ток течет только в одном направлении к выходу, несколько драйверов светодиодов можно соединять параллельно, и их токи будут суммироваться в нагрузке. Источники тока не нуждаются в защите от обратных токов. В то же время регуляторы напряжения по своей природе плохо подходят для распределения тока. Если все они будут стремиться стабилизировать выходные напряжения одного уровня, а в их цепях обратной связи будут небольшие различия, через регулятор может потечь обратный ток.
Драйвер светодиодов стабилизирует свой выходной ток независимо от других драйверов, которые могут подавать дополнительный ток в выходную нагрузку. Это делает параллельное включение драйверов светодиодов довольно простым. Например, показанная на Рисунке 1 конструкция светодиодной вспышки из двух параллельных драйверов LT3932 эффективно управляет четырьмя светодиодами 3-амперными импульсами тока длительностью 10 мкс, разделенными длительными периодами ожидания, определяемыми системой машинного зрения. Каждый преобразователь LT3932 отдает половину общего тока цепочки во время включения импульса ШИМ, выключается и сохраняет свое выходное состояние после отключения ШИМ. Время выключения может быть коротким или длинным, никак не влияя на воспроизводимость формы сигнала вспышки.
Приложения с параллельными драйверами вспышек камер почти также просты, как и одиночные преобразователи при длительном отключении. Преобразователи отслеживают общее выходное напряжение в конце активного состояния последнего импульса ШИМ и поддерживают выходной конденсатор заряженным до этого состояния даже во время длительных пауз. Каждый преобразователь отключает свой выходной MOSFET схемы ШИМ от общей нагрузки и поддерживает заряд своего выходного конденсатора примерно на уровне, на котором он находился в последнем состоянии, подавая в этот конденсатор ток по мере утечки энергии. Любые утечки, возникающие в этих конденсаторах при длительном бездействии, компенсируется подкачкой небольшого тока. В начале следующего импульса ШИМ выходные MOSFET схемы ШИМ включаются, и новый цикл начинается примерно при таком же состоянии выходных конденсаторов, в каком они были во время последнего импульса, независимо от того, прошло ли 10 мс или целый день.
 |
|
| Рисунок 3. | Формы сигналов 3-амперной вспышки камеры с параллельными драйверами светодиодов из Рисунка 1 выглядят одинаково, независимо от времени выключения ШИМ. Картина была бы такой же при выключении ШИМ на день или дольше. |
Осциллограммы сигналов в соединенных параллельно драйверах LT3932 при возбуждении четырех светодиодов 3-амперными импульсами тока длительностью 10 мкс показаны на Рисунках 3а и 3б. Импульсы тока светодиодов имеют крутые фронты и малую задержку, независимо от того, составляет ли время выключения ШИМ 10 мс (100 Гц) или 1 с (1 Гц), что идеально подходит для систем машинного зрения.
Ток может быть еще больше
Количество включаемых параллельно драйверов светодиодов не ограничено двумя преобразователями. Для формирования еще более сильноточных сигналов с крутыми фронтами могут быть параллельно соединены три или более преобразователей. Поскольку в этой системе нет ведущего или ведомого устройства, все преобразователи вырабатывают одинаковое количество тока и равномерно распределяют между собой нагрузку. Рекомендуется, чтобы синхронизация всех параллельных преобразователей драйверов светодиодов выполнялась общим тактовым сигналом. Это дает гарантию, что пульсации на выходных конденсаторах всех преобразователей будут примерно синфазными, так что токи пульсаций не потекут обратно в преобразователь или между разными преобразователями. Важно также, чтобы импульсы ШИМ оставались в фазе с тактовой частотой 2 МГц. Это гарантирует, что импульсы светодиодной вспышки камеры сохранят крутые и не дрожащие фронты, обеспечивая наилучшие результаты обработки изображений.
 |
|
| Рисунок 4. | Две демонстрационные платы DC2286A с микросхемами LT3932 легко соединяются параллельно для создания светодиодной вспышки системы машинного зрения, показанной на Рисунке 1, с токами от 3 А до 4 А. |
Демонстрационная схема DC2286A с микросхемой LT3932 предназначена для использования в качестве понижающего светодиодного драйвера с выходным током 1 А, управляющего одним или двумя светодиодами. Эти схемы можно легко изменять и включать параллельно, как показано на Рисунке 1, для увеличения выходного тока или напряжения. Рисунок 4 демонстрирует простоту соединения двух таких схем для управления четырьмя светодиодами 10-микросекундными импульсами тока 3 А от входного напряжения 24 В.При тестировании схемы в качестве источника синхронизированного тактового сигнала можно использ овать генератор импульсов, как показано на Рисунке 4. В производственной системе машинного зрения для формирования синхронизированных тактовых импульсов и импульсов ШИМ может использоваться микросхема генератора. Для получения еще более мощных импульсов тока добавьте дополнительные преобразователи демонстрационной схемы DC2286A, используя ту же схему параллельного соединения.
Заключение
Для формирования быстрых прямоугольных сильноточных импульсов тока, необходимых для автоматизированной обработки изображений, в системах машинного зрения могут использоваться параллельно включенные драйверы светодиодов. Запатентованная технология драйвера светодиодной вспышки камеры LT3932 может быть расширена до более высоких токов путем подключения параллельных преобразователей. Соединенные параллельно преобразователи LT3932 позволяют формировать импульсы тока длительностью порядка единиц микросекунд с амплитудой 3 А и более даже при длительных паузах. Импульсы светодиодной вспышки камеры сохраняют крутые и не дрожащие фронты, независимо от того, сколько длится пауза между вспышками.
Купить LT3932 на РадиоЛоцман.Цены
