程控式LED光源控制器的设计

收稿日期：2013-12-10

程控式LED 光源控制器的设计

韦薇，宋波，张云鹏

(中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京，100176)

摘

要：大多数机器视觉系统都采用高亮度LED 作为光源，光源厂家配售的光源控制器往往价

格较高。为降低成本，提出一种可由上位机程序控制的LED 光源控制器的设计方法，包括控制器的硬件设计和程序设计，并给出一个设计实例。依照此方法设计的控制器已在设备上运行半年之久，运行可靠稳定，能够很好地控制LED 的亮度，且没有明显的照度衰减，证明此方案切实可行。关键词：LED ；程序控制；光源控制器中图分类号：TN 305

文献标识码：B

文章编号：1004-4507(2014)01-0046-04

Program Controlled LED Lamp Controller Design

W EIW ei ，SO N G B o ，ZH A N G Y unpeng

(The 45t h R esear ch I ns t i t ut e ofC ETC ，

B ei j i ng 100176，

C hi na)Abstract:M ost m achi ne vi si on sys t em s use hi gh-br i ght nes s LE

D as t he l i ght s our ce，but t he m anuf act ur er s of t en pl aci ng hi gher pr i ces.I n or der t o decr eas e t he cost ，w e pr esent a des i gn of t he LED l am p cont r ol l er t hatcan be cont r ol l ed by a hos tcom put er ，i ncl ude har dw ar e des i gn and pr ogr am des i gn，es peci al l y an exam pl e.The cont r ol l er w hi ch w e desi gned had r un s t abl e f or hal f a year ，cont r ol l ed l um i nance w el l ，and w i t houtbr i ght ness at t enuat e.The des i gn i s pr oved f easi bl e.Keywords:LED ；Pr ogr am cont r ol l ed；Lam p cont r ol l er

机器视觉是半导体设备的重要组成部分，视觉的重要元件之一就是光源。大功率LED 具有寿命长，照度稳定，亮度高的优点，所以大多数视觉光源都采用LED ，但对驱动模块提出了较高的要求。若是驱动模块不合适，可能导致照度不足、发热量大、寿命减少等问题。且采购的光源调节控制器功能较单一，功能较强的价格又非常高，且不容易集成到设备当中。本文提出一种简便易用，亮度

可以调节，便于系统集成的可程序控制的大功率LED 光源的控制器。

1控制器硬件电路设计

大功率LED 属于电流型器件，严格控制其流过电流的大小显得尤为重要。一旦连续电流超过了LED 允许的最大电流，很容易烧毁，或影响使

用寿命。为了减少电路损耗，增加LED使用寿命，亮度调节简单，采用脉冲宽度调制（PW M）的控制技术。

控制器要能驱动高亮度LED发光，还要与主机通信实现程序控制亮度和开关，所以控制器由两部分组成：驱动模块和控制模块。

1.1驱动模块设计

驱动模块要保证LED的电流可以调节，为保证一定的通用性，采用中功率达林顿管TI P125作为驱动，示意图如图1所示。

TI P125属于PN P型晶体管，在电路中起开关

作用，最大集电极-基极电压60V；最大集电极-发射极电压60V；最大基极电流0.1A；最大发射极电流5A，发射极峰值电流8A，几乎可以满足目前所有大功率LED驱动的要求。图中的LED 可以是一颗，也可以是多颗串联而成。D

1

是一个肖特基二极管，起到续流的作用。为了保证光源照度稳定，以满足机器视觉的图像采集要求，加入电感L。根据楞次定律，当T导通时，电感L充电，截止时，电感L放电，则加在LED的电流波形如图2所示。

LED在固定频率的PW M信号调制下，修改

占空比即t

1

的位置，即可改变流过LED的平均电流。

T导通时，其等效电路如图3所示，电路方程为：

U s=L d i+iR a+u LED(1)

其中U s为外施加电压；i为流过LED的电流，等于电感中的电流；L为电感；R a为回路等效电阻；u LED为LED导通时等效电压。

T截止时，其等效电路如图4所示，电路方程为：

0=L d i

d t

+iR

a

+u

LED

(2)

忽略回路电阻后，此时电感电压近似为-u

LED

，电感电流变化率为负值，且为常数，呈线性下降，此时电感电流为：

i=i(t1)-u LED(T-t1)(3)由式(3)，电感L的参数与PW M的周期相关，

图1驱动模块示意图

图2LED电流波形示意图图3T导通时的等效电路图

图4T截止时的等效电路图

输入信号R T

5~60V

L

LED D1

l m ax

l m i n

l o

t1T t

l

L

LED

R a

U s

L

LED

R a

U s

D