非快門式高速高穩(wěn)定性led閃光光源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，包括電源模塊、預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊、壓控恒流源模塊、電子開關(guān)模塊、比例積分光強(qiáng)比較模塊和光電檢測(cè)模塊，光電檢測(cè)模塊與比例積分光強(qiáng)比較模塊連接；預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊與比例積分光強(qiáng)比較模塊連接；比例積分光強(qiáng)比較模塊與電子開關(guān)模塊連接；電子開關(guān)模塊與壓控恒流源模塊連接；壓控恒流源模塊與LED燈連接；電源模塊為各模塊提供穩(wěn)定的直流電源。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在LED光源開機(jī)之后20ms內(nèi)輸出光強(qiáng)穩(wěn)定到設(shè)定值，且保持光強(qiáng)擾動(dòng)小于1‰。
【專利說明】非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED閃光光源，具體涉及一種非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源。【背景技術(shù)】
[0002]高速高穩(wěn)定性閃光光源是一種可以高速切換輸出狀態(tài)的恒定光強(qiáng)光源系統(tǒng),在科研及工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。常見的高穩(wěn)定性光源根據(jù)其發(fā)光材質(zhì)不同可以分為鹵素光源，氙燈光源等等，其基本原理都是利用一臺(tái)高穩(wěn)定性的電流源對(duì)光源進(jìn)行供能產(chǎn)生高穩(wěn)定性(擾動(dòng)在1%。以下)的光強(qiáng)輸出，同時(shí)利用高速快門對(duì)輸出狀態(tài)進(jìn)行控制。此類傳統(tǒng)閃光光源的優(yōu)點(diǎn)在于最大輸出功率大，技術(shù)成熟，主要問題則在于生產(chǎn)成本較高且壽命較短(數(shù)百至數(shù)千小時(shí))，并且必須使用專業(yè)快門來對(duì)光源進(jìn)行快速開關(guān)控制，增加了成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。LED光源是一種近年來得到大力發(fā)展的新型光源，具有體積小，使用壽命長(zhǎng)，發(fā)光效率高，價(jià)格低廉等顯著優(yōu)勢(shì)，目前已在日常照明，平面顯示等方面得到廣泛應(yīng)用，但由于其輸出光強(qiáng)對(duì)溫度依賴性很強(qiáng)，使得其輸出光強(qiáng)在每次開關(guān)機(jī)后都需要較長(zhǎng)的時(shí)間(數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘，視散熱條件而定)才能進(jìn)入較穩(wěn)定的光強(qiáng)輸出狀態(tài)(參見圖11)。如果采用高速快門的方式進(jìn)行控制，整體系統(tǒng)會(huì)受限于快門控制器的壽命及體積，難以將LED光源自身的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來；如果不采用高速快門的方式進(jìn)行控制，其輸出光強(qiáng)會(huì)有較大的波動(dòng)，因此通常僅用于穩(wěn)定性要求不高的閃光光源(例如數(shù)碼相機(jī))，在科研及工業(yè)中的應(yīng)用較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，能實(shí)現(xiàn)在LED光源開機(jī)之后20ms內(nèi)輸出光強(qiáng)穩(wěn)定到設(shè)定值，且保持光強(qiáng)擾動(dòng)小于1%0。
[0004]本發(fā)明所述非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，包括:
光電檢測(cè)模塊，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)LED燈輸出的實(shí)際光強(qiáng)并將該實(shí)際光強(qiáng)進(jìn)行初級(jí)放大后輸入給比例積分光強(qiáng)比較模塊，該光電檢測(cè)模塊與比例積分光強(qiáng)比較模塊連接；
預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊，用于調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)光強(qiáng)的輸出，該預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊與比例積分光強(qiáng)比較模塊連接；
比例積分光強(qiáng)比較模塊，用于高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償以及計(jì)算預(yù)設(shè)光強(qiáng)和實(shí)際強(qiáng)光的差異，并將該差異進(jìn)行線性放大，該比例積分光強(qiáng)比較模塊與電子開關(guān)模塊連接；
電子開關(guān)模塊，用于消除反復(fù)開關(guān)LED燈時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)輸出擾動(dòng)，該電子開關(guān)模塊與壓控恒流源模塊連接；
壓控恒流源模塊，根據(jù)前級(jí)檢測(cè)到的實(shí)際光強(qiáng)和預(yù)設(shè)光強(qiáng)的差值調(diào)整輸出電流大小，該壓控恒流源模塊與LED燈連接；
電源模塊，用于為各模塊提供穩(wěn)定的直流電源。
[0005]還包括數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊，用于監(jiān)控LED燈的實(shí)際工作電流，該數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊與壓控恒流源模塊連接。
[0006]所述比例積分光強(qiáng)比較模塊包括: 高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償電路，用于補(bǔ)償光強(qiáng)調(diào)整中產(chǎn)生的高頻震蕩，該高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償電路與比例積分光強(qiáng)比較器連接；
比例積分光強(qiáng)比較器，用于計(jì)算預(yù)設(shè)光強(qiáng)和實(shí)際強(qiáng)光的差異，并將該差異進(jìn)行線性放大，該比例積分光強(qiáng)比較模塊與電子開關(guān)模塊連接。
[0007]所述光電檢測(cè)模塊包括:
光電檢測(cè)探頭，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)LED燈輸出的實(shí)際光強(qiáng)并將該實(shí)際光強(qiáng)輸入給極低偏流運(yùn)算放大器，該光電檢測(cè)探頭與極低偏流運(yùn)算放大器連接；
極低偏流運(yùn)算放大器，用于對(duì)光電檢測(cè)探頭輸出的實(shí)際光強(qiáng)進(jìn)行初級(jí)放大并輸入給比例積分光強(qiáng)比較模塊，該極低偏流運(yùn)算放大器與比例積分光強(qiáng)比較模塊連接。
[0008]所述極低偏流運(yùn)算放大器的最大偏流小于等于lOOfA。
[0009]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn):
(1)通過添加光反饋電路的方式由光電檢測(cè)探頭對(duì)輸出光強(qiáng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行跟蹤，解決了 LED閃光光源自身輸出光強(qiáng)隨溫度變化的問題，確保了輸出光強(qiáng)不受工作時(shí)間和工作溫度的影響；
(2)在確保輸出光強(qiáng)與預(yù)期光強(qiáng)一致的前提下，加入了高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償模塊，使得閃光光源的開關(guān)穩(wěn)定速度得到了極大提高；能夠?qū)崿F(xiàn)20mS內(nèi)穩(wěn)定到1%。，或250ms內(nèi)穩(wěn)定到
0.4%。，以及300ms內(nèi)穩(wěn)定到0.2%0 ；
(3)在極大改善LED閃光光源穩(wěn)定性的同時(shí)，由于沒有使用傳統(tǒng)的快門，極大地降低了系統(tǒng)復(fù)雜性和整體成本，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
(4)整體運(yùn)行非常平穩(wěn)，總體的溫度穩(wěn)定在50ppm/°C，光強(qiáng)調(diào)整率控制在1%。以內(nèi)；
(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用壽命長(zhǎng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明中電源模塊的電路圖；
圖3是本發(fā)明中預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊的電路圖；
圖4是本發(fā)明中光電檢測(cè)模塊的電路圖；
圖5是本發(fā)明中比例積分光強(qiáng)比較模塊的電路圖；
圖6是本發(fā)明中電子開關(guān)模塊的電路圖；
圖7是本發(fā)明中壓控恒流源模塊的電路圖(含LED燈)；
圖8是本發(fā)明中數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊的電路圖；
圖9是本發(fā)明的控制時(shí)間與輸出光強(qiáng)示意圖之一(閃光模式下輸出光強(qiáng)可以在數(shù)十毫秒內(nèi)從O達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài))；
圖10是本發(fā)明的控制時(shí)間與輸出光強(qiáng)示意圖之二 (持續(xù)輸出模式下輸出光強(qiáng)擾動(dòng)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在1%以下)；
圖11是傳統(tǒng)的恒流源供電方式下，LED光源的輸出光強(qiáng)和時(shí)間的關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明: 如圖1所示的非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，包括電源模塊1、預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊2、數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊3、LED燈4、壓控恒流源模塊5、電子開關(guān)模塊6、比例積分光強(qiáng)比較模塊7和光電檢測(cè)模塊8，光電檢測(cè)模塊8和預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊2分別與比例積分光強(qiáng)比較模塊7連接，比例積分光強(qiáng)比較模塊7與電子開關(guān)模塊6連接，電子開關(guān)模塊6與壓控恒流源模塊5連接，壓控恒流源模塊5分別與數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊3和LED燈4連接，電源模塊I為各模塊提供穩(wěn)定的直流電源。
[0012]如圖4所示，所述光電檢測(cè)模塊8用于實(shí)時(shí)檢測(cè)LED燈輸出的實(shí)際光強(qiáng)并將該實(shí)際光強(qiáng)進(jìn)行初級(jí)放大后輸入給比例積分光強(qiáng)比較模塊7。該光電檢測(cè)模塊8包括光電檢測(cè)探頭8b和極低偏流運(yùn)算放大器8a，所述光電檢測(cè)探頭Sb用于實(shí)時(shí)檢測(cè)LED燈輸出的實(shí)際光強(qiáng)并將該實(shí)際光強(qiáng)輸入給極低偏流運(yùn)算放大器8a，該光電檢測(cè)探頭Sb與極低偏流運(yùn)算放大器8a連接；所述極低偏流運(yùn)算放大器8a用于對(duì)光電檢測(cè)探頭Sb輸出的實(shí)際光強(qiáng)進(jìn)行初級(jí)放大并輸入給比例積分光強(qiáng)比較模塊7，該極低偏流運(yùn)算放大器8a與比例積分光強(qiáng)比較模塊7連接。該極低偏流運(yùn)算放大器8a的最大偏流小于等于IOOfA (其中，IfA=I(T15A),本實(shí)施例選用的極低偏流運(yùn)算放大器8a的型號(hào)為0PA129U。
[0013]如圖3所示，所述預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊2用于調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)光強(qiáng)的輸出，該預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊2包括芯片IC1、電容CO、電容Cl、電阻R2和穩(wěn)定性繞線電阻W1，所述芯片ICl的I腳經(jīng)電阻R2與電源模塊I連接，芯片ICl的I腳與電阻R2的連接點(diǎn)經(jīng)電容CO后接地，芯片ICl的I腳與電阻R2的連接點(diǎn)還依次經(jīng)穩(wěn)定性繞線電阻Wl的3腳和I腳的后接地，穩(wěn)定性繞線電阻Wl的2腳與比例積分光強(qiáng)比較模塊7連接，穩(wěn)定性繞線電阻Wl的2腳還經(jīng)電容Cl后接地，通過高穩(wěn)定性繞線電阻Wl分壓設(shè)定預(yù)期光強(qiáng)輸出。
[0014]如圖5所示，所述比例積分光強(qiáng)比較模塊7包括高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償電路7b和比例積分光強(qiáng)比較器7a，其中，高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償電路7b包括電容C2、電容C2’、電阻R4和電阻R4，，
用于補(bǔ)償光強(qiáng)調(diào)整中產(chǎn)生的高頻震蕩，該高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償電路7b與比例積分光強(qiáng)比較器7a連接；比例積分光強(qiáng)比較器7a包括芯片IC2和電容C5，該芯片IC2的型號(hào)為AD8551AR，用于計(jì)算預(yù)設(shè)光強(qiáng)和實(shí)際強(qiáng)光的差異，并將該差異進(jìn)行線性放大。根據(jù)對(duì)輸出光強(qiáng)穩(wěn)定度和時(shí)間的要求，可以對(duì)時(shí)間參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。所述比例積分光強(qiáng)比較模塊7的具體電路如下:電容C2’與電阻R4’串聯(lián)后與電阻R4并聯(lián)，且電容C2’與電阻R4的連接點(diǎn)與芯片IC2的2腳連接，電容C2’與電阻R4的連接點(diǎn)還經(jīng)電容C2與芯片IC2的6腳連接，且芯片IC2的6腳與電容C2的連接點(diǎn)與電子開關(guān)模塊6連接，芯片IC2的3腳與預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊連接，芯片IC2的7腳經(jīng)電容C5后接地，芯片IC2的7腳還與電源模塊I連接。
[0015]如圖6所示，所述電子開關(guān)模塊6用于消除反復(fù)開關(guān)LED燈時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)輸出擾動(dòng)，所述電子開關(guān)模塊6包括芯片IC4、開關(guān)K1、電阻R8和電容C6，該芯片IC4的型號(hào)為⑶4053，芯片IC4的第13管腳與比例積分光強(qiáng)比較模塊7連接，芯片IC4的第14管腳與壓控恒流源模塊5連接，芯片IC4的第11管腳經(jīng)電阻R8、電容C6后接地，同時(shí)電阻R8和電容C6的連接點(diǎn)與電源模塊I連接，芯片IC4的第11管腳還與LED燈的控制開關(guān)Kl連接，芯片IC4的第16管腳與電源模塊I連接。
[0016]如圖7所示，所述壓控恒流源模塊5 (包括芯片IC5，該芯片IC5的型號(hào)為0P07CP)根據(jù)前級(jí)檢測(cè)到的實(shí)際光強(qiáng)和預(yù)設(shè)光強(qiáng)的差值調(diào)整輸出電流大小，為L(zhǎng)ED燈4供電，該壓控恒流源模塊5與LED燈4連接。
[0017]如圖2所示，電源模塊I可輸出穩(wěn)定的+12、_12V、+5V等直流電源，為各模塊提供穩(wěn)定的直流電源。該電源模塊I包括穩(wěn)壓器IC2-2、穩(wěn)壓器IC2-3、穩(wěn)壓器IC2-4、穩(wěn)壓器IC3-1、電容C2-1、電容C2-2、電容C2-3、電容C2-4、電容C2-5、電容C2-6、電容C2-7、電容C2-8、電容C3-1、電容C3-2和電容C3-3，其具體連接關(guān)系如下:穩(wěn)壓器IC2-2的輸入端經(jīng)電容C2-1后接地，穩(wěn)壓器IC2-2的輸出端分別經(jīng)電容C2-3、電容C2-5后接地，穩(wěn)壓器IC2-2的接地端接地；穩(wěn)壓器IC2-3的輸入端經(jīng)電容C2-2后接地，穩(wěn)壓器IC2-3的輸出端分別經(jīng)電容C2-4、電容C2-6后接地，穩(wěn)壓器IC2-3的接地端接地；穩(wěn)壓器IC2-4的輸入端經(jīng)電容C2-1后接地，穩(wěn)壓器IC2-4的輸出端分別經(jīng)電容C2-7、電容C2-8后接地，穩(wěn)壓器IC2-4的接地端接地；穩(wěn)壓器IC3-1的輸入端依次經(jīng)電感L3-1、電容C2-1后接地，穩(wěn)壓器IC3-1的輸入端還經(jīng)電容C3-1后接地，穩(wěn)壓器IC2-4的輸出端分別經(jīng)電容C3-2、電容C3-3后接地，穩(wěn)壓器IC3-1的接地端接地。電源經(jīng)穩(wěn)壓器IC2-2穩(wěn)壓后輸出12V的直流電源，電源經(jīng)穩(wěn)壓器IC2-3穩(wěn)壓后輸出-12V的直流電源，電源經(jīng)穩(wěn)壓器IC2-4穩(wěn)壓后輸出+5V直流電源的直流電源，電源經(jīng)穩(wěn)壓器IC3-1穩(wěn)壓后輸出Vm的直流電源，通過在穩(wěn)壓器IC2-2、穩(wěn)壓器IC2-3、穩(wěn)壓器IC2-4和穩(wěn)壓器IC3-1的輸入端和輸出端上連接雜波過濾電容，從而最大程度消除高頻以及低頻的干擾，為輸出光強(qiáng)的穩(wěn)定性提供保證。
[0018]如圖8所示，所述數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊3包括數(shù)碼管Ml，通過數(shù)碼管Ml實(shí)時(shí)顯示LED燈4的實(shí)際工作電流，該數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊3分別與壓控恒流源模塊5和電源模塊I連接。
[0019]如圖9所示，本發(fā)明在閃光模式下輸出光強(qiáng)可以在數(shù)十毫秒內(nèi)從O達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0020]如圖10所示，本發(fā)明在持續(xù)輸出模式下輸出光強(qiáng)擾動(dòng)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在1%以下。
【權(quán)利要求】
1.一種非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，其特征在于，包括: 光電檢測(cè)模塊(8)，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)LED燈輸出的實(shí)際光強(qiáng)并將該實(shí)際光強(qiáng)進(jìn)行初級(jí)放大后輸入給比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)，該光電檢測(cè)模塊(8)與比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)連接； 預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊(2)，用于調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)光強(qiáng)的輸出，該預(yù)設(shè)光強(qiáng)模塊(2)與比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)連接； 比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)，用于高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償以及計(jì)算預(yù)設(shè)光強(qiáng)和實(shí)際強(qiáng)光的差異，并將該差異進(jìn)行線性放大，該比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)與電子開關(guān)模塊(6)連接； 電子開關(guān)模塊(6),用于消除反復(fù)開關(guān)LED燈時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)輸出擾動(dòng)，該電子開關(guān)模塊(6)與壓控恒流源模塊(5)連接； 壓控恒流源模塊(5)，根據(jù)前級(jí)檢測(cè)到的實(shí)際光強(qiáng)和預(yù)設(shè)光強(qiáng)的差值調(diào)整輸出電流大小，該壓控恒流源模塊(5 )與LED燈(4 )連接； 電源模塊(I)，用于為各模塊提供穩(wěn)定的直流電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，其特征在于:還包括數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊(3)，用于監(jiān)控LED燈的實(shí)際工作電流，該數(shù)顯狀態(tài)讀出模塊(3)與壓控恒流源模塊(5)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，其特征在于:所述比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)包括: 高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償電路(7b)，用于補(bǔ)償光強(qiáng)調(diào)整中產(chǎn)生的高頻震蕩，該高頻響應(yīng)快速補(bǔ)償電路(7b)與比例積分光強(qiáng)比較器(7a)連接； 比例積分光強(qiáng)比較器(7a)，用于計(jì)算預(yù)設(shè)光強(qiáng)和實(shí)際強(qiáng)光的差異，并將該差異進(jìn)行線性放大，該比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)與電子開關(guān)模塊(6)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，其特征在于:所述光電檢測(cè)模塊(8)包括: 光電檢測(cè)探頭(8b)，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)LED燈輸出的實(shí)際光強(qiáng)并將該實(shí)際光強(qiáng)輸入給極低偏流運(yùn)算放大器(8a)，該光電檢測(cè)探頭(Sb)與極低偏流運(yùn)算放大器(8a)連接； 極低偏流運(yùn)算放大器(8a)，用于對(duì)光電檢測(cè)探頭(Sb)輸出的實(shí)際光強(qiáng)進(jìn)行初級(jí)放大并輸入給比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)，該極低偏流運(yùn)算放大器(8a)與比例積分光強(qiáng)比較模塊(7)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非快門式高速高穩(wěn)定性LED閃光光源，其特征在于:所述極低偏流運(yùn)算放大器(8a)的最大偏流小于等于lOOfA。
【文檔編號(hào)】H05B37/02GK103906321SQ201410115865
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】周藝 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)