模块化高密度恒流LED光源的制作方法

本实用新型公开一种模块化高密度恒流LED光源，可以作为任何机器视觉检测系统的照明光源，属于电子电路领域。

背景技术：
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机器视觉领域使用的LED光源需要采用恒流驱动的方式。以便实现较高的发光控制精度和避免光源闪烁对相机采图的影响。但是由于传统的恒流驱动方式所需要的电路体积较大，因此都是在光源盒体以外，独立设置恒流驱动电源，并用线缆连接到LED光源以驱动其工作。

这样的实施方式电气连接关系复杂，线缆数量多。对于生产线在线实时检测等应用领域，存在布线安装困难甚至无法实施等问题。而实际中光源内部的结构空间，受光学设计指标的限制，往往有着比较苛刻的要求。因此以往复杂的电路连接方式也经常导致光源内部在设计上的困难。经常不得不通过牺牲一些其他参数而完成设计。也就不可避免地存在着设计制造困难，成本高，体积大，等一系列问题。

另一方面，由于机器视觉系统要求高亮度，导致光源发热量大，散热系统设计困难。而较高的LED工作温度是导致LED寿命缩短，以及意外失效的最主要原因。因此也就产生了产品可靠性差，售后维护成本高等问题。

解决这个问题最好的方法是；一方面，采用更多数量和更大安装密度的小功率LED替代较大功率的LED，以实现更高的发光效率和更低的热阻，进而降低温度。但是这带来需要更多路数的恒流电源来驱动更多数量的小功率LED的问题。另一方面，是增加发光区域内单位面积使用LED恒流电源的路数。通过逐路调节恒流源输出，使LED光源达到更高的整体发光均匀性。这样就可以使用更高透过率的扩散板。也就可以降低对光源功率的需求，进而达到降低温度的目的。

可见这两个方向都需要更高密度和更多数量的恒流电源来驱动。但是现有的恒流电源电路结构，在各个恒流源与控制电路之间是逐个直接连接的关系。不但在布线形式上存在限制，在系统体积和可实施恒流源路数上也存在不足，不能实现需要的集成化和小型化。

技术实现要素：
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本实用新型公开了一种模块化高密度恒流LED光源系统，可以实现机器视觉专用照明系统的集成化和小型化。方便生产线在线检测等狭窄空间内的应用。同时实现了光源内部，LED安装密度的提高和单个亮度调节区域的缩小。进而达到，降低对散热系统的要求和提高照明系统寿命，及降低生产维护成本的目的。

本实用新型公开了一种模块化高密度恒流LED光源系统，其特征在于：包括MCU控制电路和若干个LED模块组成；其中，LED模块又由触发锁存电路、功放管、采样电阻、LED阵列、恒流源控制电路组成。其中，恒流控制电路又由信号锁存电路、比较放大电路组成。

MCU控制电路的时钟输出端，触发输出端和发光强度输出端，分别连接到第一个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C；第一个LED模块的输出端A、输出端B和输出端C，又分别连接到第二个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C，以此类推。

在每个LED模块的内部，输入端A连接到触发锁存电路的触发端；输入端B连接到触发锁存电路的输入端；输入端C连接到恒流源控制电路的信号输入端，其输出端连接到功放管的控制端；功放管的输出端连接到采样电阻的一端，同时连接到恒流控制电路的反馈输入端；采样电阻的另一端连接到电源负；功放管的输入端连接到LED阵列的负端，LED阵列的正端连接到电源正，另外，触发锁存电路的输出端连接到恒流控制电路的使能端；触发锁存电路的输出端连接到输出端B；输入端A连接到输出端A；输入端C连接到输出端C。

在恒流源控制电路的内部，存在四种可相互替换的具体连接方式；

方式一；信号输入端连接到信号锁存电路的输入端；信号锁存电路的输出端连接到比较放大电路的正相输入端；比较放大电路的输出端连接到输出端；反馈输入端连接到比较放大电路的反相输入端；使能端连接到信号锁存电路的使能端。

方法二；信号输入端连接到信号锁存电路的输入端；信号锁存电路的输出端连接到比较放大电路的正相输入端；比较放大电路的输出端连接到输出端；反馈输入端连接到比较放大电路的反相输入端；使能端连接到比较放大电路的使能端。

方法三；信号输入端连接到比较放大电路的正相输入端；比较放大电路的输出端连接到信号锁存电路的输入端；信号锁存电路的输出端连接到输出端；反馈输入端连接到比较放大电路的反相输入端；使能端连接到比较放大电路的使能端。

方法四；信号输入端连接到比较放大电路的正相输入端；比较放大电路的输出端连接到信号锁存电路的输入端；信号锁存电路的输出端连接到输出端；反馈输入端连接到比较放大电路的反相输入端；使能端连接到信号锁存电路的使能端。

该系统的工作过程是；MCU控制电路在时钟输出端输出一个时钟信号；在一个时钟周期内，从触发输出端输出使能电平，使第一个LED模块的触发锁存电路在时钟信号作用下，锁存该使能电平。在接下来的不少于串接的LED模块数量的时钟周期内，MCU控制电路的触发输出端，输出的都是非使能电平。因此，在此时间内第一个LED模块的触发锁存电路都不会被再次触发。但是其他LED模块的触发锁存电路会在时钟信号作用下，被其前一级LED模块依次触发。与此同时，MCU控制电路的发光强度信号输出端，会在每个LED模块被触发的时钟周期内，输出与该LED模块设定发光强度对应的电信号值。这期间内，该LED模块的触发锁存电路由于被触发，因此其输出端保持的是使能电平，其恒流源控制电路会读入MCU控制电路输出的发光强度信号，经过与采样电阻两端电压值比较，产生放大误差值，并在以后的若干周期得以保持，直到下一次被触发为止。该放大误差信号进入功放管控制端，使LED阵列流经功放管的电流值与对应的发光强度设定值相当。

本实用新型的积极效果；

采用串行的参考电压分发方式，这就避免了传统方式在应对多路恒流源输出时，由于恒流源地址数量太多，对应的接线非常复杂导致无法布线的问题。在此基础上，就能够实现光源与电源的统一集成和小型化，以及对恒流源的多路化。这样可以带来在制造成本，散热设计难度，光源均匀性，寿命及可靠性，生产及维护成本等方面的一系列利好。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理图；

图2为本实用新型中实施例1恒流源控制电路的结构原理图；

图3为本实用新型中实施例2恒流源控制电路的结构原理图；

图4为本实用新型中实施例3恒流源控制电路的结构原理图；

图5为本实用新型中实施例4恒流源控制电路的结构原理图。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2所示，包括MCU控制电路和若干个LED模块组成；其中，LED模块又由触发锁存电路、功放管、采样电阻、LED阵列、信号锁存电路、比较放大电路组成。

MCU控制电路的时钟输出端，触发输出端和发光强度输出端，分别连接到第一个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C；第一个LED模块的输出端A、输出端B和输出端C，又分别连接到第二个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C，以此类推。

在每个LED模块的内部，输入端A连接到触发锁存电路的触发端；输入端B连接到触发锁存电路的输入端；输入端C连接到信号锁存电路的输入端，信号锁存电路的输出端连接到比较放大电路的正相输入端；比较放大电路的输出端连接到功放管的控制端；功放管的输出端连接到采样电阻的一端，同时连接到比较放大电路的反相输入端；采样电阻的另一端连接到电源负；功放管的输入端连接到LED阵列的负端，LED阵列的正端连接到电源正，另外，触发锁存电路的输出端连接到信号锁存电路的使能端；触发锁存电路的输出端连接到输出端B；输入端A连接到输出端A；输入端C连接到输出端C。

实施例2

如图1、图3所示，包括MCU控制电路和若干个LED模块组成；其中，LED模块又由触发锁存电路、功放管、采样电阻、LED阵列、信号锁存电路、比较放大电路组成。

MCU控制电路的时钟输出端，触发输出端和发光强度输出端，分别连接到第一个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C；第一个LED模块的输出端A、输出端B和输出端C，又分别连接到第二个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C，以此类推。

在每个LED模块的内部，输入端A连接到触发锁存电路的触发端；输入端B连接到触发锁存电路的输入端；输入端C连接到信号锁存电路的输入端，信号锁存电路的输出端连接到比较放大电路的正相输入端；比较放大电路的输出端连接到功放管的控制端；功放管的输出端连接到采样电阻的一端，同时连接到比较放大电路的反相输入端；采样电阻的另一端连接到电源负；功放管的输入端连接到LED阵列的负端，LED阵列的正端连接到电源正，另外，触发锁存电路的输出端连接到比较放大电路的使能端；触发锁存电路的输出端连接到输出端B；输入端A连接到输出端A；输入端C连接到输出端C。

实施例3

如图1、图4所示，包括MCU控制电路和若干个LED模块组成；其中，LED模块又由触发锁存电路、功放管、采样电阻、LED阵列、信号锁存电路、比较放大电路组成。

MCU控制电路的时钟输出端，触发输出端和发光强度输出端，分别连接到第一个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C；第一个LED模块的输出端A、输出端B和输出端C，又分别连接到第二个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C，以此类推。

在每个LED模块的内部，输入端A连接到触发锁存电路的触发端；输入端B连接到触发锁存电路的输入端；输入端C连接到比较放大电路的正相输入端；比较放大电路的输出端连接到信号锁存电路的输入端；信号锁存电路的输出端连接到功放管的控制端；功放管的输出端连接到采样电阻的一端，同时连接到比较放大电路的反相输入端；采样电阻的另一端连接到电源负；功放管的输入端连接到LED阵列的负端，LED阵列的正端连接到电源正，另外，触发锁存电路的输出端连接到比较放大电路的使能端；触发锁存电路的输出端连接到输出端B；输入端A连接到输出端A；输入端C连接到输出端C。

实施例4

如图1、图5所示，包括MCU控制电路和若干个LED模块组成；其中，LED模块又由触发锁存电路、功放管、采样电阻、LED阵列、信号锁存电路、比较放大电路组成。

MCU控制电路的时钟输出端，触发输出端和发光强度输出端，分别连接到第一个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C；第一个LED模块的输出端A、输出端B和输出端C，又分别连接到第二个LED模块的输入端A、输入端B和输入端C，以此类推。

在每个LED模块的内部，输入端A连接到触发锁存电路的触发端；输入端B连接到触发锁存电路的输入端；输入端C连接到比较放大电路的正相输入端；比较放大电路的输出端连接到信号锁存电路的输入端；信号锁存电路的输出端连接到功放管的控制端；功放管的输出端连接到采样电阻的一端，同时连接到比较放大电路的反相输入端；采样电阻的另一端连接到电源负；功放管的输入端连接到LED阵列的负端，LED阵列的正端连接到电源正，另外，触发锁存电路的输出端连接到信号锁存电路的使能端；触发锁存电路的输出端连接到输出端B；输入端A连接到输出端A；输入端C连接到输出端C。