脉冲led光源的方法和系统的制作方法_2

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l导通,能量从电容Cext仍旧流向接地,例如经由上方的场效应管Q1,下方的场效应管Q2,和电阻Rsens,但没有流经发光二极管,虽然发光二极管的两极与上方的场效应管Ql联接。只要通过场效应管Ql的电压降落小于将发光二极管LED切换至发光状态的电压,发光二极管通过开启上方的场效应管Q2而被迫处于关闭状态。
[0027]图2是一切换场效应管Ql和Q2的一种方法的简化时序图。此处,显不了两个场效应管Ql和Q2的指令顺序。基本上,在该实施方式中,在两个信号之间引入一短相位差的Ql和Q2接受近于相反的命令。最初,上方的场效应管Ql补偿在发光二极管LED的两个终端的电势,从而确保发光二极管不发光。上方的场效应管Ql随后截止,在tl时刻进入不导电的状态。在预先设定的短暂延时后-相位移,下方的场效应管Q2在t2时刻导通并引起发光二极管发光。上方的场效应管Ql在t3时刻导通从而均衡发光二极管LED的终端以及将发光二极管LED切换成不发光的模式。发光二极管LED光输出的持续时间是视t3-t2而定。下方的场效应管Q2后续起始于t3或t4时刻被关断。该过程对光脉冲时间的切换到开启以及切换到关闭-控制脉冲持续时间,提供了极好的控制。该过程是可重复的,并且对于脉动光,该过程是以已知的频率重复。
[0028]有利的是,用于发射光脉冲所提出的双场效应管驱动方法和电路是允许的。发光二极管被过载电流驱动-直到300安瞬间-生成高光强度的光。处理高强度电流的切换依赖于高性能的场效应管和优化的电路板设计。目前技术发展水平的场效应管和同门驱动器,切换上沿时间足够快,以支持输出光强度的大幅上升。不利的是,切断高强度电流可产生影响从发光切换至不发光的意外的振荡。Ql的功能是对从发光二极管中发出的光提供快速的关断并在转换期间排除不确定性;从发光模式到不发光模式的过渡依赖于穿过发光二极管的电势的等量化-发光二极管的两极位于相同或相似的电势下,从而强制地切断穿过发光二极管的电流。其提供了改进的定时控制以及对捕捉一些图像有益。
[0029]请参阅图3,显示了另一用于驱动发光二极管LED的发光二极管驱动电路的原理图。两个外部电容被串联连接,以提供一基准电压;当使用两个相同的电容,电源电压也是各自一半。其中一个LED电极的极点被连接至位于两个电容之间的基准电压上,以及另一个极点被连接到两个场效应管之间。该驱动方案与图2相似。在tl时刻,当场效应管Ql导通以及Q2没有导通,该LED处于相反的状态(LED的负极比正极具有更高的电势),并且没有电流。在t2时刻,场效应管Ql没有导通且Q2导通,在外部电容上的能量通过LED和LED发光放电。在t3时刻,场效应管Ql开启且提升LED负极的电势,当LED负极的电势变得比正极的电势高时,该LED停止发光。该LED发光持续时间由t2和t3决定。在t4时刻,场效应管Q2关断,没有电流流过LED或场效应管。该LED可被配置为不同的极化;相应地,两个场效应管应该以相反的顺序被驱动,请参阅图2。在该驱动方案中,不同于采用LED电势等量化来开关发光,LED的发光开关是通过提升或降低一个LED电极电势来实现的。一用于过压保护的快速恢复二极管被连接到LED的负极。
[0030]图4示出了在图像捕捉期间的光源和照相机的控制顺序和同步化。照相机处于高速模式下操作,曝光时间覆盖了发光二极管的发光时间。每一图像巾贞每次在一闪光灯照射内的发光来记录一被照亮的现象。因此,甚至快速移动物体的非常清晰的图像,也可以被捕捉到。在另外一个照相模式下,每一帧图像的曝光时间覆盖多个发光二极管的发光结果,从而在单帧图像上记录下不同时刻的多个物理现象。物理现象的进展被记录在第一模式下的连续帧内以及第二模式下的一个图像帧里。例如,其允许对于可视化的火焰传播,激波前锋,喷雾发展进程以及更多其他瞬态过程的测量。光脉冲快速利索的开关,以及超高速条件下的精确定时,对于这些重要的物理现象的可视化描述有时是至关重要的。
[0031]请参阅图5,是一发光二极管光源的简化方框图。此框图是用于可编程的光源并且包括可编程控制1C。可编程IC产生控制信号,用以在LED驱动模块内切换下方的场效应管Q2和上方的场效应管Ql。该LED驱动模块包括发光二极管,以电容,电源和Ql和Q2的形式储存电荷。择一地,LED驱动包括一用于插接外部电源的电源端口。如图所示,该LED驱动包括一反馈路径,以提供具有在电荷存储上的电荷的信息的可编程控制1C。智能控制单元包括一和其他电路一样的用于连通可编程控制IC的通信接口,例如触发电路,计时电路,用于信号调节的调理电路和一可选显示器。该触发电路计时电路用作判断脉冲间隔和宽度,用以提供双频率和工作周期控制。或者,触发电路和计时电路用作判断脉冲间隔和宽度以及交错提供频率,工作周期,和在周期内开-关特有的控制。当然,相同的电路也支持单脉冲,例如闪光摄影术。
[0032]可选择的是,用于触发(驱动)场效应管的控制信号由一相同脉冲宽度调制(PWM)模块提供。如图1所示,当使用一例如图2中的脉冲,有PWM提供的信号和第二信号Q2被反相和延时。或者,所提供的信号被延时用以形成Q2的信号和反相形成Ql的信号。或者,分别产生用于驱动Ql和Q2的每个信号。进一步的,Ql的信号触发Q2的信号。由于该延时-相位移-是由电路决定的,其有一个数值范围,但对一个给定的工作频率不需要对该延时数值进行调整。因此,对于特定电路一旦延时数值确定则适用于所有工作频率,延时不会使电路功能改变。
[0033]在另一个实施方式中,电压和电流感应信号被连接到一脉冲宽度调节模块。脉冲宽度基于预设的热损伤阀值而被调整,从而保护发光二极管LED。当然,当预设的热损伤阀值是不变的,该脉冲宽度被可选择地设计到固定式样的电路内。当该预设的热损伤阀值随时间变化,提供的脉冲宽度调节模块允许脉冲宽度随阀值的改变而变化。在一些实施方式中,一快速恢复二极管(图1阴影部分所示)反向地平行于发光二极管,用以在场效应管运作期间取消反向高电压,保护发光二极管免受高电压的损害。
[0034]光源的一个实施方式包括用于智能控制和支持用户友好接口的功能。这将在图5中讨论。使用一可变电压模块来灵活地调节电容充电电压,用以支持不同的发光二极管和用以在变化的脉冲宽度下满足可变电流电平需要。当脉冲持续时间缩短用以提高成像速度,常常需要更多的光通量和通过增加电流而实现。在较短的脉冲持续时间内,可穿过发光二极管应用较高的电流而不会损坏发光二极管。由于电路排布中沿电流路径的电阻通常是固定的,因此发光二极管两端的电压就决定了发光时的瞬时电流。根据图像或其他需要,对于一个给定的脉冲宽度该电压被设定为用以提供最佳输出光。只有当需要低电压时,该模块也包括一用来降低电容电压的放电电路。或者,通过增加同时被驱动的发光二极管的数量来提供的升高的光通量。
[0035]可编程控制I
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