作者：Keith Szolusha and Kyle Lawrence

機器視覺系統使用非常短的強光閃光來生成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運行，用于快速標簽和缺陷檢查。紅外和激光LED閃光燈通常用于接近和運動感應機器視覺。安全系統發出高速、難以檢測的 LED 閃光燈，以感應運動并捕獲和存儲安全錄像。

所有這些系統面臨的一個挑戰是產生非常高的電流和短期（微秒）LED相機閃光波形，這些波形可以分布在很長一段時間內，例如100 ms到1 s以上。創建由長時間分隔的短方形LED閃光波形并非易事。隨著LED（或LED串）的驅動電流上升到1 A以上，LED導通時間縮短至微秒，挑戰也隨之增加。許多具有高速PWM功能的LED驅動器可能無法在短時間內有效地處理長關斷時間和大電流，而不會降低適當的高速圖像處理所需的方形波形。

專有 LED 閃光燈

幸運的是，LT3932高速LED驅動器可以為高達2 A LED燈串提供機器視覺相機閃光燈，即使關斷時間較長，如1秒、1小時、1天或更長時間。LT3932 的特殊相機閃光燈功能使其能夠保持輸出電容器和控制環路充電狀態，即使在長關斷時間內也是如此。在對輸出和控制環路電容器的狀態進行采樣之后，LT3932 在較長的關斷時間內繼續對這些組件進行涓流充電，以補償典型的漏電流，而其他 LED 驅動器沒有考慮到這一點。

LT3932 的專有閃存技術可在驅動器并聯以增加 LED 閃光燈電流時縱向擴展。保持所需的閃光形狀和完整性。圖1顯示了3 A相機閃光燈并聯兩個驅動器是多么容易——最高可達4 A的設計。

圖1.并行LT3932 1.5 A LED驅動器可產生3 A機器視覺LED脈沖，相對于標準PWM調光頻率具有較長的關斷時間。

機器視覺系統的LED閃光燈要求遠遠超過標準PWM調光驅動器所能滿足的要求。也就是說，大多數高端LED驅動器設計用于在至少100 Hz的PWM頻率下產生PWM調光亮度控制。這是因為人眼可以將較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的。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驅動器損失的輸出電容電荷最小，使其能夠以與結束最后一個PWM ON脈沖大致相同的狀態啟動其控制環路。電感電流和下一個 LED PWM ON 脈沖的快速響應和斜坡上升可以快速且可重復，并最大限度地減少啟動時間。較長的關斷時間（頻率低于 100 Hz）可能會因泄漏而導致輸出電容器電荷損失，從而阻止 LED 重新打開時的快速響應。

用于更高電流的并聯 LED 驅動器

LED驅動器充當電流源，調節通過發光二極管發出的電流。由于電流僅沿單個方向流向輸出，因此多個LED驅動器可以并聯放置，并且它們的電流通過負載相加。不需要保護電流源免受電流反向流過一個轉換器或輸出不匹配的影響。另一方面，穩壓器本身并不擅長均流。如果它們都試圖將輸出電壓調節到一個點，并且它們的反饋網絡略有不同，則穩壓器可能會消耗反向電流。

LED 驅動器保持其輸出電流，而不考慮可能提供輸出負載總和的額外電流的其他驅動器。這使得并聯LED驅動器變得非常簡單。例如，圖1所示的兩個并聯LT3932 LED驅動器的LED閃光燈系統以3 A電流高效驅動4個LED，10 μs短脈沖按機器視覺系統定義。每個 LT3932 轉換器在 PWM 導通時間內提供總串電流的一半，并在 PWM 關斷時間期間關斷并保存其輸出狀態。關斷時間可短可長，對閃光波形的可重復性沒有影響。

在長關斷時間內，并行相機閃光燈應用與單個轉換器具有幾乎相同的簡單性。轉換器在最后一個PWM導通脈沖結束時觀察共享輸出電壓，并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與共享負載斷開，并通過在輸出電容泄漏能量時向該電容提供電流，使其輸出電容充電至大約最后一個電壓狀態。這些電容器在長關斷時間內遇到的任何泄漏都可以通過少量的維護電流來克服。當下一個PWM導通脈沖啟動時，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啟動，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驅動器以10 μs機器視覺相機脈沖在3 A電流下驅動4個LED。無論 10 ms PWM 關斷時間 （100 Hz） 還是 1 s PWM 關斷時間 （1 Hz），LED 脈沖都銳利而快速，非常適合機器視覺系統。

圖2.3 圖1的并行LED驅動器的相機閃光波形看起來相同，無論PWM關斷時間長短如何。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間的 PWM 關斷時間后看起來也是一樣的。

甚至可以實現更高的電流

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

LT3932演示電路（DC2286A）設計用于驅動1 A的LED電流通過一個或兩個LED，作為降壓型LED驅動器。如圖1所示，它可以很容易地改變和并聯，以實現更高的電流、更高的電壓或并聯操作。圖4顯示了如何將其中兩個電路輕松連接在一起，從24 V輸入通過4個LED驅動10 μs、3 A脈沖。出于測試目的，脈沖發生器可用于同步時鐘信號，如圖4所示。在生產機器視覺系統中，時鐘芯片可用于生成同步和PWM脈沖。對于更高電流的脈沖，使用相同的并聯方案添加更多演示電路DC2286A轉換器。

圖3.工業傳送帶上的機器視覺示例。檢測系統以許多不同的速度移動，但閃蒸技術必須快速而清晰。

圖4.兩個DC2286A LT3932演示電路可輕松并聯，以創建圖1所示的3 A至4 A機器視覺LED閃光燈應用。

結論

機器視覺系統可以使用并行 LED 驅動器來創建自動圖像處理所需的快速、方形、高電流波形。LT3932 LED 驅動器的專有相機閃光燈技術可通過連接并聯轉換器擴展到更高的電流。并聯 LT3932 轉換器可實現 3 A 和更高幾微秒級的脈沖，即使關斷時間較長也是如此。無論LED閃光燈之間的關閉時間有多長，LED相機閃光波形都保持方形且無抖動。

審核編輯：郭婷