Driver LED per flash di visione industriale ad alta potenza
I sistemi di visione industriale utilizzano brevi lampi di luce intensa per produrre immagini ad alta velocità per una varietà di applicazioni di elaborazione dati. Ad esempio, i nastri trasportatori a movimento rapido vengono utilizzati per l'etichettatura rapida e il rilevamento dei difetti attraverso i sistemi di visione industriale. Le torce a LED a infrarossi e laser sono comunemente utilizzate per la visione industriale a corto raggio e di rilevamento del movimento. Il sistema di sicurezza emette un flash LED ad alta velocità e impercettibile per rilevare il movimento, acquisire e memorizzare le immagini di sicurezza.
La sfida con tutti questi sistemi è la generazione di correnti molto elevate e brevi (microsecondi) forme d'onda del flash della fotocamera LED che possono essere distribuite su periodi di tempo più lunghi, ad esempio da 100 ms a più di 1 s.Generare onde quadrate a flash LED brevi con lunghi intervalli non è facile. La sfida aumenta ulteriormente quando la corrente di guida del LED (o stringa LED) sale oltre 1 A e il tempo di riaccendersi del LED viene ridotto a pochi microsecondi. Molti driver LED con funzionalità PWM ad alta velocità potrebbero non essere in grado di gestire efficacemente tempi di spegnimento più lunghi e brevi periodi di elevata corrente senza ridurre la qualità delle onde quadra necessaria per elaborare correttamente le immagini ad alta velocità.
Flash LED proprietario
Fortunatamente, il driver LED ad alta velocità LT3932 fornisce flash per telecamere di visione industriale per stringhe LED fino a 2 A con tempi di spegnimento fino a 1 secondo, 1 ora, 1 giorno o più. La speciale funzione flash della fotocamera dell'LT3932 consente di mantenere la capacità di uscita e lo stato di carica del loop di controllo anche durante lunghi periodi di arresto. Dopo aver campionato lo stato dei condensatori di uscita e del circuito di controllo, l'LT3932 continua a caricare questi componenti durante lunghi arresti per compensare la solita corrente di dispersione, che altri driver LED non considerano.
La tecnologia flash proprietaria dell'LT3932 può essere estesa e i driver possono essere collegati in parallelo per fornire una maggiore corrente flash LED. La forma e l'integrità del flash desiderate rimangono le stesse. La Figura 1 mostra quanto sia facile collegare due driver in parallelo per supportare un flash della fotocamera 3A e sono possibili progetti fino a 4A.
I requisiti del flash LED per i sistemi di visione industriale sono molto più elevati di quelli che i driver di dimmerazione PWM standard possono raggiungere. Detto questo, la maggior parte dei driver LED di fascia alta sono progettati per fornire il controllo della luminosità di dimmerazione PWM a una frequenza PWM di almeno 100 Hz.Questo perché, a frequenze più basse, anche se la forma d'onda del LED è quadrata e ripetibile, l'occhio umano vede un fastidioso sfarfallio o sfarfallio stroboscopico. A 100 Hz, il tempo di spegnimento massimo teorico è di circa 10 ms. Durante il tempo di spegnimento di 10 ms, se progettato correttamente, il driver LED perderà pochissima carica di capacità di uscita, causando l'avvio del circuito di controllo all'incirca nello stesso stato, terminando così l'ultimo impulso PWM on-pulse. La risposta rapida e l'aumento della corrente induttiva e del successivo impulso di conduzione LED PWM possono essere veloci e ripetibili e il tempo di avvio è estremamente breve. Tempi di spegnimento più lunghi (frequenze inferiori a 100 Hz) possono comportare una perdita di carica nella capacità di uscita a causa di perdite, rendendo impossibile rispondere rapidamente quando il LED viene riacceso.
Driver LED paralleli per fornire una corrente più elevata
Il driver LED funge da sorgente di corrente, regolando la corrente inviata attraverso i led. La corrente scorre solo in un'unica direzione, quindi è possibile collegare più driver LED in parallelo e la corrente può essere aggregata attraverso il carico. La sorgente di corrente non ha bisogno di proteggersi dalla corrente che scorre all'indietro attraverso un convertitore, né deve preoccuparsi delle discrepanze di uscita. D'altra parte, i regolatori di tensione stessi non sono bravi a equalizzare la corrente. Se entrambi stanno cercando di regolare la tensione di uscita a un certo punto e le loro reti di feedback sono leggermente diverse, il regolatore può assorbire la corrente inversa.
Il driver LED mantiene costante la corrente di uscita indipendentemente dal fatto che altri driver forniscano corrente aggiuntiva e la aggregino sul carico di uscita. Questo rende molto semplice la parallelità dei driver LED. Ad esempio, un sistema flash LED con due driver LED LT3932 paralleli mostrati nella Figura 1 può pilotare quattro led con un'efficienza di 3 A, con impulsi brevi da 10μs che si rompono in un periodo più lungo come definito dai sistemi di visione industriale. Durante il PWM on-time, ogni convertitore LT3932 genera la metà della corrente totale della serie;Durante il tempo di spegnimento PWM, il convertitore si spegne e salva il suo stato di uscita. Il tempo di spegnimento può essere breve o lungo senza influire sulla ripetibilità della forma d'onda del flash.
Figura 1. Il driver LED parallelo LT3932 1.5A genera impulsi LED di visione industriale da 3 A con un lungo tempo di spegnimento rispetto alle frequenze di dimmerazione PWM standard.
Figura 2. La forma d'onda del flash della fotocamera 3a mostrata nella Figura 1 in parallelo con il driver LED ha lo stesso aspetto indipendentemente dal tempo di spegnimento del PWM. La forma d'onda mostra che (a) gli impulsi da 10μs dopo 10 ms e (b) gli impulsi da 10μs dopo 1 s sono identici. La forma d'onda del flash LED LT3932 ha lo stesso aspetto dopo un giorno o più di tempo di spegnimento PWM.
Durante i lunghi arresti, l'applicazione flash della fotocamera parallela è quasi semplice come un singolo convertitore. Il convertitore osserva la tensione di uscita condivisa alla fine dell'ultimo impulso PWM on-pulse, caricando il condensatore di uscita a quello stato e mantenendolo, anche durante lunghi periodi di spegnimento. Ogni convertitore scollega il suo MOSFET PWM dal carico condiviso e fornisce corrente al suo condensatore di uscita per compensare la perdita di energia in modo che il condensatore venga caricato vicino allo stato di tensione finale e mantenuto. Qualsiasi perdita di questi condensatori durante lunghi tempi di spegnimento può essere compensata da una piccola quantità di corrente di manutenzione. Quando si avvia il successivo impulso di conduzione PWM, il MOSFET PWM di ciascun convertitore si accende e la capacità di uscita inizia all'incirca nello stesso stato dell'ultimo impulso, dopo 10 ms o un giorno intero.
Le figure 2 (a) e 2 (b) mostrano il driver LED parallelo LT3932 che guida 4 led a 3 A con impulso della telecamera di visione industriale di 10μs. Che si tratti di un tempo di spegnimento PWM di 10 ms (100 Hz) o di un tempo di spegnimento PWM di 1 s (1 Hz), gli impulsi LED sono ripidi e veloci, ideali per i sistemi di visione industriale.
È anche possibile una maggiore corrente
I driver LED paralleli non sono limitati a due convertitori. Tre o più convertitori possono anche essere collegati in parallelo per produrre forme d'onda a corrente più elevata con bordi ripidi. Il sistema non ha dispositivi master o slave, quindi tutti i convertitori forniscono la stessa quantità di corrente e condividono il carico allo stesso modo. Si consiglia che tutti i convertitori di driver LED paralleli condividano lo stesso clock sincrono e rimangano in fase. Ciò garantisce che l'ondulazione della capacità di uscita di tutti i convertitori abbia all'incirca la stessa fase, quindi la corrente di ripple non fluisca nella direzione opposta o tra convertitori diversi. È importante mantenere la forma d'onda dell'impulso PWM fuori fase con il clock sincrono a 2 MHz. Ciò garantisce che la forma d'onda del flash LED rimanga quadrata e priva di jitter, con risultati ottimali di elaborazione delle immagini.
Il circuito dimostrativo LT3932 (DC2286A) è progettato per pilotare una corrente LED 1 A attraverso uno o due led (che fungono da driver LED step-down). Come mostrato nella Figura 1, è facile da cambiare e parallelo per ottenere una corrente più elevata, una tensione più elevata o un funzionamento parallelo. La Figura 4 mostra come due di questi circuiti possono essere facilmente collegati tra loro per azionare quattro led con impulsi da 10μs, 3 A da un ingresso a 24 V. A scopo di test, il generatore di impulsi può essere utilizzato per fornire un segnale di clock sincrono, come mostrato nella Figura 4.In sistema di visione industriale di produzione di massa, il chip di clock può essere utilizzato per generare segnale di clock sincrono e impulso PWM. Per impulsi di corrente più elevati, è possibile aggiungere più convertitori DC2286A del circuito dimostrativo utilizzando lo stesso schema parallelo.
Figura 3. Esempio di visione industriale su nastro trasportatore industriale. Il sistema di rilevamento si muove a molte velocità diverse, ma la tecnologia flash deve essere veloce e nitida.
Figura 4. Due circuiti dimostrativi DC2286A LT3932 possono essere facilmente collegati in parallelo per creare l'applicazione flash LED per visione industriale da 3 A a 4 A mostrata nella Figura 1.
conclusione
I sistemi di visione industriale possono utilizzare driver LED paralleli per creare forme d'onda veloci, quadrate e ad alta corrente necessarie per l'elaborazione automatica delle immagini. La tecnologia flash della fotocamera proprietaria del driver LED LT3932 può essere estesa a correnti più elevate mediante convertitori in parallelo. Con i convertitori paralleli LT3932, è possibile ottenere impulsi di microsecondi superiori e 3 A anche con tempi di spegnimento più lunghi. La forma d'onda del flash della fotocamera a LED rimane quadrata e priva di jitter indipendentemente dal periodo di tempo tra i flash LED
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