一种恒流驱动电路的制作方法

本实用新型涉及新型电路技术领域，特别涉及一种恒流驱动电路。

背景技术：

目前led在照明应用中越来越普遍，特别是在机器视觉系统中，led成为了拍摄高清晰的图像时最常应用的光源。而ld激光器在光纤通信、激光引信、激光雷达、激光探测、激光制导、工业加工等领域获得了广泛应用。为了获得高效率、高稳定性的led光源或者ld激光的输出，其共同特点是采用恒定电流或者恒流脉冲进行驱动。

在机器视觉系统中，led光源是拍摄高清图像的首选光源，led光源要配合高清摄像头、机器传动系统，从多方位多角度对检测物体进行拍照成像。机器视觉中常用的相机为线扫描相机，拍照时要求led光源和相机进行高速的闪频控制，即要求led的驱动电流进行pwm精准的控制。而且，为了检测不同的物体的不同缺陷特征，检测物体时往往需要从不同物理位置和角度、采用不同的光强对物体进行成像，以得到不同类型的缺陷特征，便于进行图像的识别和处理，这就要求led光源需要在pwm的不同周期下，输出不同电流值的脉冲电流。

以下的文献提出了恒定电流和电流pwm脉冲输出控制的电路和方法：文献cn109152158a《一种能自适应输入和输出变化的恒压转恒流驱动电路》、文献cn207518569《一种脉冲电源恒流控制装置》、文献cn206162232u《超高速大电流脉冲恒流源》、文献cn106451064a《一种提高脉冲恒流源可靠性的方法》。这些文献的共同特点是采用电阻进行电流采样，采用运放进行负反馈控制mos管或者达林顿管工作在恒流输出模式，其反馈信号都接入运放的负输入端，输入和控制信号加在正输入端。以上文献的恒流输出或者恒流脉冲输出电路具有以下不足之处：一是负反馈回路未对脉冲信号进行提速和脉冲展宽控制，输出信号的质量依赖于取样电阻和运放的性能；二是不能进行不同pwm脉冲周期时不同电流值输出的控制，无法满足工业机器视觉中led光源的闪频控制要求。本实用新型与以往文献的区别是：一是输入信号加在负反馈输入端，二是即可以实现恒定电流输出，又可以实现pwm脉冲电流输出以及不同pwm周期时不同电流精准控制，三是对输出电流脉冲具有提速和脉冲展宽的控制。采用本实用新型电路的输出电流达到了机器视觉中led光源要求的高强度、高速率、高稳定的恒流脉冲输出控制要求。

技术实现要素：

这个部分提供了本公开的一般概要，而不是其全部范围或其全部特征的全面披露。

本公开的目的在于提供一种恒流驱动电路，包括供电及保护电路(1)、led或ld模块(2)、mcu控制电路(7)，其特征在于：该电路还包括恒流驱动及电流采样电路(3)、基准电压设置电路(4)、电流设置及闪频控制电路(5)和反馈及补偿电路(6)；

供电及保护电路(1)的输出端与led或ld模块(2)的输入端相连接；led或ld模块(2)的输出端与恒流驱动及电流采样电路(3)的输入端连接；mcu控制电路(7)的输出端分别与基准电压设置电路(4)的输入端和电流设置及闪频控制电路(5)的输入端连接；基准电压设置电路(4)的输出端与反馈及补偿电路(6)的输入端连接，同时，电流设置及闪频控制电路(5)的输出端与反馈及补偿电路(6)的输入端连接；反馈及补偿电路(6)的输出端与恒流驱动及电流采样电路(3)的输入端连接；mcu控制电路(7)由微处理器、模数da转换电路、输入触发电路和输出触发电路组成；

其中，供电及保护电路(1)由直流电源vdc、防反接二极管d1、rc滤波电路、防反接和倒灌保护二极管d2和放电电阻r1组成，其中，rc滤波电路由储能电容c1、电阻r2和c2组成。

优选的，恒流驱动及电流采样电路(3)是由控制回路恒定电流工作的达林顿晶体管u1、高精度采样电阻r3、滤波电容c3组成。

优选的，恒流驱动及电流采样电路(3)是由mos场效应管u1、高精度采样电阻r3、滤波电容c3组成。

优选的，恒流驱动及电流采样电路(3)是由mos管u5和达林顿晶体管u1的组合电路、高精度采样电阻r3、滤波电容c3组成。

优选的，基准电压设置电路(4)由模拟开关u2和电阻r4和r5组成；电流设置及闪频控制电路(5)，由模拟开关u3和电阻r6组成。

优选的，反馈及补偿电路(6)由运放u4、电阻r10、电阻r11、电容c5、脉冲展宽电路和输出电流上升沿加速电路组成，脉冲展宽电路是由电阻r9和反馈补偿电路由三极管q1组成，输出电流上升沿加速电路由电阻r7、电阻r8、电容c4和二极管d3组成。

有益效果：1.实现精准的恒定电流输出，输入控制信号加在运放的负输入端，输出电流可以通过外部基准电压调节或者外部da设置电压调节；

2.实现pwm控制及闪频输出，即实现输出电流的频率、脉宽、恒定及脉冲电流幅值的精准控制；

3.在pwm模式下，对输出电流脉冲进行提速，以及对输出电流脉冲进行展宽的功能；

4.达到机器视觉中led光源对输出电流的高强度、高速率、高稳定和智能化的控制要求。

从在此提供的描述中，进一步的适用性区域将会变得明显。这个概要中的描述和特定例子只是为了示意的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

在此描述的附图只是为了所选实施例的示意的目的而非全部可能的实施，并且不旨在限制本公开的范围。在附图中：

图1为本实用新型的电路实现框图；

图2为本实用新型的电路的第一种实现原理图；

图3为本实用新型的电路的第二种实现原理图；

图4为本实用新型的电路的第三种实现原理图；

图5为本实用新型的mcu控制电路的实现框图；

图6为本实用新型的电源供电电路的实现框图；

虽然本公开容易经受各种修改和替换形式，但是其特定实施例已作为例子在附图中示出，并且在此详细描述。然而应当理解的是，在此对特定实施例的描述并不打算将本公开限制到公开的具体形式，而是相反地，本公开目的是要覆盖落在本公开的精神和范围之内的所有修改、等效和替换。要注意的是，贯穿几个附图，相应的标号指示相应的部件。

具体实施方式

现在参考附图来更加充分地描述本公开的例子。以下描述实质上只是示例性的，而不旨在限制本公开、应用或用途。

提供了示例实施例，以便本公开将会变得详尽，并且将会向本领域技术人员充分地传达其范围。阐述了众多的特定细节如特定部件、装置和方法的例子，以提供对本公开的实施例的详尽理解。对于本领域技术人员而言，不需要使用特定的细节，示例实施例可以用许多不同的形式来实施，它们都不应当被解释为限制本公开的范围。在某些示例实施例中，没有详细地描述众所周知的过程、众所周知的结构和众所周知的技术。

下面将对本公开内容所提出的技术问题进行详细说明。需要注意的，该技术问题仅是示例性的，目的不在于限制本实用新型的应用。

如图1所示，本实用新型提供一种恒流驱动电路，包括供电及保护电路(1)、led或ld模块(2)、恒流驱动及电流采样电路(3)、基准电压设置电路(4)、电流设置及闪频控制电路(5)、反馈及补偿电路(6)和mcu控制电路(7)。

其中，供电及保护电路(1)的输出端与led或ld模块(2)的输入端相连接。led或ld模块(2)的输出端与恒流驱动及电流采样电路(3)的输入端连接。mcu控制电路(7)的输出端分别与基准电压设置电路(4)的输入端和电流设置及闪频控制电路(5)的输入端连接。

基准电压设置电路(4)的输出端与反馈及补偿电路(6)的输入端连接，同时，电流设置及闪频控制电路(5)的输出端与反馈及补偿电路(6)的输入端连接。反馈及补偿电路(6)的输出端与恒流驱动及电流采样电路(3)的输入端连接。

具体来说，如图2-4所示，供电及保护电路(1)由直流电源vdc、防反接二极管d1、rc滤波电路、防反接和倒灌保护二极管d2和放电电阻r1组成。其中，rc滤波电路由储能电容c1、电阻r2和c2组成。

供电及保护电路(1)中直流电源vdc的输出接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极接led或ld模块(2)的正极；储能电容c1并联在二极管d1的负极及地之间；放电电阻r1并联在led或ld模块(2)正极和负极之间；电阻r2和电容c2串联，电阻r2的一端接led或ld模块(2)的正极，电容c2的另一端接led或ld模块(2)的负极，并且r2并联在led或ld模块(2)两端；防反接和倒灌保护二极管d2的负极接led或ld模块(2)的正极，正极接led或ld模块(2)的负极，并且防反接和倒灌保护二极管d2反相并联在led或ld模块(2)两端。

另外，直流电源vdc可以是线性稳压电源，也可以是开关电源，其输出电压和电流能力应能满足系统功率需求。防反接二极管的阳极接到电源输出正极，负极接到led或ld模块(2)，其最低工作电压要大于系统工作电压，输出电流应大于系统工作电流，而且其正向压降尽量小以减小其功率损耗。储能电容c1应接容量较大的电解电容或钽电容，给led/ld在脉冲电流模式工作时提供储能。

led或ld模块(2)为恒流驱动电路的负载，由单个或多个led灯串联或并联组成，或者由单个或多个ld激光器串联或并联组成。

恒流驱动及电流采样电路(3)是由控制回路恒定电流工作的达林顿晶体管u1、高精度采样电阻r3、滤波电容c3组成。

达林顿晶体管u1的基极连接到反馈及补偿电路(6)的电阻r10；达林顿晶体管u1的发射极连接到反馈及补偿电路(6)的电阻r11，同时达林顿晶体管u1的发射极连接到高精度采样电阻r3，高精度采样电阻r3的另一端接到信号地；达林顿晶体管u1的集电极连接到led或ld模块(2)的输出，同时达林顿晶体管u1的集电极连接到滤波电容c3的正极；滤波电容c3的负极接到信号地。

高精度采样电阻r3应为高精度低温漂的采样电阻或者多颗采样电阻的并联，此电阻上流过恒定电流或者脉冲电流，其电压作为反馈与补偿电路的控制信号。滤波电容c3主要用于消除pwm输出时的高频谐波，提高系统的电磁兼容特性。

如图3所示，恒流驱动及电流采样电路(3)中的功率管不同，为mos场效应管u1，其栅极连接反馈及补偿电路(6)的电阻r10，mos场效应管u1的源极连接高精度采样电阻r3和反馈及补偿电路(6)的电阻r11的输出端，高精度采样电阻r3的另一端接到信号地；mos场效应管u1的漏极连接led或ld模块(2)的输出端，漏极同时连接滤波电容c3的正极，滤波电容c3的负极接到信号地。

如图4所示，恒流驱动及电流采样电路(3)中的功率管不同，为mos管u5和达林顿晶体管u1的组合电路，其中mos管u5的栅极连接反馈及补偿电路(6)的电阻r10，源极连接达林顿晶体管u1的基极，漏极与达林顿晶体管u1的集电极相连后连接到led或ld模块(2)的输出端；达林顿晶体管u1的发射极接到取样电阻u3和反馈及补偿电路(6)中电阻r11的连接端，取样电阻r3的另一端接信号地；达林顿晶体管u1的集电极连接到电容c3的正极，电容c3的负极接到信号地。

如图2-4所示，基准电压设置电路(4)由模拟开关u2和电阻r4和r5组成。模拟开关u2的输出端连接反馈及补偿电路(6)的运放u4的正相输入端；电阻r4和r5串联进行分压设置参考电压verf1，参考电压vref1连接到模拟开关u2的选择端子1；由mcu控制电路(7)da转换电路3输出电压设置参考电压vref2，vref2连接到模拟开关u2的选择端子2；端子sel连接到mcu控制电路(7)的sel上，用于控制基准电压设置电路(4)中的模拟开关u2。

如图2-4所示，电流设置及闪频控制电路(5)，由模拟开关u3和电阻r6组成。模拟开关u3的第一个输入端子接输入电压信号vda1，第二个输入端子接输入电压信号vda2，控制端子接pwm输入信号；模拟开关u3的输出端子连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端连接到反馈及补偿电路(6)的运放u4负输入端。pwm端子外接微处理器，用于给电路提供不同频率和脉宽的ttl电平信号，vda1和vda2为模拟电压信号，通过微处理mcu连接数模转换芯片提供vda1和vda2端子不同的电压值。

如图2-4所示，反馈及补偿电路(6)由运放u4、电阻r10、电阻r11、电容c5、脉冲展宽电路和输出电流上升沿加速电路组成，脉冲展宽电路是由电阻r9和反馈补偿电路由三极管q1组成，输出电流上升沿加速电路由电阻r7、电阻r8、电容c4和二极管d3组成。

运放u4的正输入端连接基准电压设置电路(4)的模拟开关输出端，运放u4的输出端连接电容c5的端子1，同时运放u4的输出端连接电阻r10的端子1，运放u4的负输入端连接电阻r11的端子1；电阻r10的端子2连接恒流驱动及电流采样电路(3)的达林顿晶体管u1的基极，电阻r11的端子2连接达林顿晶体管u1的发射极；电容c5的端子2连接运放u4的负输入端。

反馈及补偿电路(6)的输出电流上升沿加速电路中，电容c4为磁介电容，其端子1连接电流设置及闪频控制电路(5)的pwm控制端，端子2连接二极管d3的阳极；电阻r7的端子1连接电容c4的端子1，电阻r7的端子2接信号地；电阻r8的端子1连接电容c4的端子2，电阻r8的端子2接信号地；二极管d3的阳极连接电容c4的端子2，阴极接到运放的输入正极；此电流上升加速电路在电路中起到脉冲展宽的功能。

反馈及补偿电路(6)的反馈补偿电路部分由三极管q1的发射极连接运放u4的输出端，反馈补偿电路由三极管q1的集电极连接运放u4的负输入端；电阻r9的输出端子1连接反馈补偿电路由三极管q1基极，电阻r9的输出端子2连接反馈补偿电路由三极管的集电极。

如图5所示，mcu控制电路(7)由微处理器、模数da转换电路、输入触发电路和输出触发电路组成。微处理为嵌入式处理芯片或者fpga组成的电路，输出pwm信号为ttl信号，用于设置脉冲电流的脉宽和频率，da转换电路1和da转换电路2输出模拟电压信号vda1和vda2，提供给电流设置及闪频控制电路(5)，da转换电路3输出vref2信号提供给基准电压设置电路(4)，用于设置基准电压。

如图6所示，电源供电电路中电源的供电由直流电源vdc提供，二极管d4为反接二极管，其阳极连接vdc电源的正极，负极连接浪涌保护电路的输入端，浪涌保护电路的输出端连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端分别连接电源转换1和电源转换2的输入端，电源转换1和电源转换2分别输出电压vcc1和vcc2给恒流驱动电路提供电源。

本实用新型的恒流驱动电路的工作原理如下：

电源vdc提供系统供电电能，防反接二极管d1对led或ld模块和恒流驱动及电流采样电路进行反接保护，c1为储能电容；电阻r2和c2串联构成rc滤波器，二极管d2进行led的反接和浪涌，电阻r1进行放电；达林顿晶体管u1实现恒流电流控制，电阻r3为高精度电阻进行电流取样，滤波电容c3进行高频滤波；电阻r4、r5和模拟开关u2实现基准电压的设置；模拟开关u3和r6实现pwm及闪频控制功能；运放u4、电容c5、电阻r10和r11、电容c4、电阻r7和r8、二极管d3、反馈补偿电路由三极管q1和电阻r9共同构成负反馈电路。

其中，电容c5为运放u4的积分电容，可以消除输出电流的过冲；电阻r7和r8、电容c4、和二极管d3构成脉冲边沿提速电路，只在pwm信号的上升沿或者下降沿起作用；反馈补偿电路由三极管q1和电阻r9组成运放的负反馈电路，在恒定电流输出时，因三极管发射极处于反偏而不起作用，在pwm脉冲模式工作时的交流小信号等效模型中，反馈补偿电路由三极管q1和电阻r9组成的回路降低的运放的放大倍数，从而提高的运放的响应速率，运放负输入端到输出的信号延时更小，因而提高了输出恒定电流脉冲的宽度，可以达到输出电流的有效脉宽接近pwm控制信号的脉宽的功能。

mcu控制电路可以配置电路的工作模式：内部触发模式和外部触发模式。内部触发模式为主动工作方式，mcu本身产生pwm信号和设置vda1和vda2的数值，以及控制输出触发电路。外部触发模式为被动工作方式，根据输入触发信号产生pwm信号和设置vda1和vda2的数值，以及控制输出触发电路。

以上参照附图描述了本公开的优选实施例，但是本公开当然不限于以上示例。本领域技术人员可在所附权利要求的范围内得到各种变更和修改，并且应理解这些变更和修改自然将落入本公开的技术范围内。

例如，在以上实施例中包括在一个单元中的多个功能可以由分开的装置来实现。替选地，在以上实施例中由多个单元实现的多个功能可分别由分开的装置来实现。另外，以上功能之一可由多个单元来实现。无需说，这样的配置包括在本公开的技术范围内。

在该说明书中，流程图中所描述的步骤不仅包括以所述顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行地或单独地而不是必须按时间序列执行的处理。此外，甚至在按时间序列处理的步骤中，无需说，也可以适当地改变该顺序。

以上虽然结合附图详细描述了本公开的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本公开，而并不构成对本公开的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本公开的实质和范围。因此，本公开的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。