本發(fā)明涉及l(fā)ed光源驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于光電自準(zhǔn)直儀的led光源直流恒功率驅(qū)動電路。

背景技術(shù)：

光電自準(zhǔn)直儀在連續(xù)工作時，溫度的變化對光源光功率(即亮度)的影響很大，在驅(qū)動電流恒定的情況下光源光功率隨溫度的升高而大幅減小。由此可見，溫度的變化將直接影響ccd探測光強的穩(wěn)定，從而影響測量精度。目前，國內(nèi)針對此問題所提出的光源控制方法還不成熟，有手動調(diào)節(jié)的光源控制方法，還有根據(jù)圖像信號灰度自動反饋調(diào)節(jié)pwm脈沖寬度的光源控制方法。

手動調(diào)節(jié)不能保證光源控制的實時性以及高精度性。而根據(jù)圖像灰度調(diào)節(jié)的方式具有局限性，當(dāng)ccd與反射面位置偏差較大導(dǎo)致ccd接收不到光源時，無法實現(xiàn)光源亮度的控制，而且pwm脈沖調(diào)制的驅(qū)動方式還會造成ccd成像閃爍的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服溫度對led光源亮度的影響以及利用圖像灰度調(diào)節(jié)的方法的局限性，本發(fā)明提供一種led光源直流恒功率驅(qū)動電路，該電路不僅能實現(xiàn)視頻準(zhǔn)直儀在全工作時間內(nèi)led光源亮度調(diào)節(jié)和恒功率控制，防止ccd過曝，在ccd接收不到光源時，仍能實現(xiàn)光源亮度恒定的控制，同時解決了pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動方式所導(dǎo)致的ccd圖像閃爍的問題。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述的用于光電自準(zhǔn)直儀的led光源直流恒功率驅(qū)動電路，包括：作為光源的激光二極管、恒流驅(qū)動電路和監(jiān)控電流采樣電路，所述激光二極管具有l(wèi)d端、pd端和電源端；所述恒流驅(qū)動電路包括：電阻r5的一端連接激光二極管ld端，電阻r5另一端連接場效應(yīng)管v2漏極，場效應(yīng)管v2源極連接電阻r16的一端，同時通過電阻r23接地，電阻r16另一端連接運放n1的反相輸入端，同時通過電阻r22接地，運放n1的同相輸入端經(jīng)過電阻r3連接到控制芯片的控制信號輸出端，同時通過電阻r10接地以及通過電容c1接地，運放n1的輸出端經(jīng)過電阻r8連接到場效應(yīng)管v2柵極；所述監(jiān)控電流采樣電路包括：電阻r7的一端連接激光二極管pd端，電阻r7另一端經(jīng)過電阻r11連接運放n2的同相輸入端，并且通過電阻r24接地，運放n2的輸出端與反相輸入端相連，并通過電阻r21接地，運放n2的輸出端還通過電阻r13連接控制芯片，輸出采樣電壓；恒流驅(qū)動電路將控制芯片輸出的恒定電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣娏鱽眚?qū)動光源，監(jiān)控電流采樣電路將流過光源接收組件的監(jiān)控電流轉(zhuǎn)化為電壓值，控制芯片采集此電壓值，來獲取流過光源接收組件的監(jiān)控電流，利用流過該光源接收組件的監(jiān)控電流和光源光功率成正比的特性，通過控制芯片實時采集流過該光源接收組件的監(jiān)控電流，獲取當(dāng)前光源的光功率；若光源的光功率小于預(yù)設(shè)值，則逐漸增大光源的驅(qū)動電流；反之，若當(dāng)前光功率大于預(yù)設(shè)值，則逐漸減小光源的驅(qū)動電流。

進一步的，恒流驅(qū)動電路中通過調(diào)節(jié)限流電阻r5和r23阻值的方式限定光源的驅(qū)動電流最大值。

進一步的，通過控制芯片中的軟件預(yù)設(shè)光功率的值，自動調(diào)節(jié)光源的驅(qū)動電流的方式克服溫度的影響，控制光源光功率恒定。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

(1)有效克服溫度變化對光源光功率的影響，在光電自準(zhǔn)直儀全工作時間內(nèi)實現(xiàn)led光源亮度調(diào)節(jié)和恒功率控制。

(2)有效預(yù)防由于光源亮度過高導(dǎo)致的ccd過曝問題。

(3)在ccd接收不到光源時，仍能實現(xiàn)光源亮度恒定的控制。

(4)利用恒流驅(qū)動的方式取代pwm脈寬驅(qū)動方式，解決了由于pwm脈寬驅(qū)動方式而導(dǎo)致的ccd圖像閃爍的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中激光二極管管腳定義及底部封裝示意圖。

圖2是恒流驅(qū)動電路圖。

圖3是監(jiān)控電流采樣電路圖。

圖4是本發(fā)明電路原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

本發(fā)明選用一種帶接收組件(即pd)的激光二極管(簡稱led)作為光電自準(zhǔn)直儀的光源，并且設(shè)計了恒流驅(qū)動電路以及監(jiān)控電流采樣電路。

恒流驅(qū)動電路就是利用電壓-電流轉(zhuǎn)換方式，將控制芯片d/a模塊輸出的恒定電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)楹愣娏鱽眚?qū)動光源。監(jiān)控電流采樣電路是利用電流-電壓轉(zhuǎn)換的方式將流過光源接收組件的監(jiān)控電流轉(zhuǎn)化為電壓值?？刂菩酒ㄟ^a/d模塊采集此電壓值，來獲取流過光源接收組件的監(jiān)控電流。

利用流過該光源接收組件的監(jiān)控電流和光源光功率成正比的特性，通過控制芯片實時采集流過該光源接收組件的監(jiān)控電流，獲取當(dāng)前光源的光功率。若由于溫度升高等因素導(dǎo)致光源的光功率小于預(yù)設(shè)值，則逐漸增大光源的驅(qū)動電流；反之，若當(dāng)前光功率大于預(yù)設(shè)值，則逐漸減小光源的驅(qū)動電流。通過軟件自動調(diào)節(jié)光源的驅(qū)動電流的方式克服溫度的影響，實現(xiàn)光電自準(zhǔn)直儀led光源的恒功率控制。

此外，恒流驅(qū)動電路可通過調(diào)節(jié)限流電阻阻值的方式限定led光源的驅(qū)動電流的范圍，能夠有效避免由于軟件設(shè)置不當(dāng)?shù)纫蛩貙?dǎo)致led光源光功率、ccd過曝的問題。

圖1是實施例中激光二極管管腳定義，如圖所示1腳是ld端，2腳是電源端(+5v)，3腳為接收組件端(pd)。

圖2是恒流驅(qū)動電路圖。由于控制芯片d/a模塊的輸出無緩沖，故采用運放與場效應(yīng)管組成共源放大電路，運放n1為場效應(yīng)管v2提供穩(wěn)定的柵極電壓，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)。其中運放對輸出有緩沖作用。所述恒流驅(qū)動電路包括：電阻r5的一端連接激光二極管ld端，電阻r5另一端連接場效應(yīng)管v2漏極，場效應(yīng)管v2源極連接電阻r16的一端，同時通過電阻r23接地，電阻r16另一端連接運放n1的反相輸入端，同時通過電阻r22接地，運放n1的同相輸入端經(jīng)過電阻r3連接到控制芯片的控制信號輸出端dac，同時通過電阻r10接地以及通過電容c1接地，運放n1的輸出端經(jīng)過電阻r8連接到場效應(yīng)管v2柵極。

設(shè)dac端輸出電壓為udac，運放n1正向輸入電壓為u+，負(fù)向輸入電壓為u-，根據(jù)運放虛短虛短的特性，

u-＝u+＝udac×r3/(r3+r10)(1)

設(shè)v2源極電壓為us，

則us＝(v-/r22)*(r16+r22)(2)

設(shè)場效應(yīng)管v2的漏極-源極的電流(即led的驅(qū)動電流)為ids，流過r16的電流為i’，流過r16的電流為is：

ids＝i’+is(3)

當(dāng)r16+r22遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于r23時，i’可忽略不計，ids≈is

ids＝is＝us/r23(4)

將(1)(2)式帶入，得

ids＝udac×r3/(r3+r10)×(r16+r22)/r22/r23(5)

(5)式表明，當(dāng)r3、r10、r16、r22、r23阻值一定時，led的驅(qū)動電流可通過軟件設(shè)置dac端輸出來調(diào)節(jié)。

設(shè)場效應(yīng)管v2漏源極電壓為uds，激光二極管的工作壓降為uled，激光二極管的電源為u，則

uled+uds+ids×r5+us＝u(6)

由(4)式可得，us＝ids×r23(7)

將(7)式帶入可得，uled+uds+ids×r5+ids×r23＝u(8)

又因為uds＞0，

則uled+ids×(r5+r23)＜u(9)

由此可得，

ids＜(u-uled)/(r5+r23)(10)

由于激光二極管的工作壓降uled，場效應(yīng)管v2導(dǎo)通電壓為uds和激光二極管的電源u均為定值，led的驅(qū)動電流的最大值由電阻r5和r23共同決定。

圖3是監(jiān)控電流采樣電路圖，電路包括：電阻r7的一端連接激光二極管pd端，電阻r7另一端經(jīng)過電阻r11連接運放n2的同相輸入端，并且通過電阻r24接地，運放n2的輸出端與反相輸入端相連，并通過電阻r21接地，運放n2的輸出端還通過電阻r13連接控制芯片的adc端，輸出采樣電壓。

激光二極管的pd端與電阻r7、r24串聯(lián)，設(shè)采樣電壓為uadc，pd輸出端的電流為im，可得關(guān)系式：

uadc＝im×r24×(r25/r21)(11)

又由于pd輸出端的電流im與激光二極管的光功率p0成正比，設(shè)比例系數(shù)為k，則im＝k×p0，所以

uadc＝k×p0×r24×(r25/r21)(12)

由于k、r24、r25、r21均為固定值，所以，激光二極管的功率p0與采樣電壓uadc成正比?？刂菩酒梢酝ㄟ^采樣uadc來獲得此時的光功率p0。軟件通過預(yù)設(shè)p0的值，得到uadc的預(yù)期值。若實際采樣到的uadc小于uadc的預(yù)期值，則增大dac端的輸出，若實際采樣到的uadc大于uadc的預(yù)期值，則減小dac端的輸出，由此控制led光源光功率恒定。

本發(fā)明的電路原理圖如圖4所示。

本實施例以圖1所示的sanyo公司型號為ql65f7sa的紅光激光二極管為例，來具體說明本發(fā)明的實施方式，其可見光輸出650nm，額定功率10mw。電路中運放選擇ad8052，場效應(yīng)管選擇irf7811a，n溝道金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。

本實施例圖2中，r3為470歐姆，r10為1k歐姆，r22為15k歐姆，r16為1.5k歐姆，r5為51歐姆，r23為20歐姆由(5)式可得，

ids＝udac×470/(470+1000)×(1500+15000)/15000/20＝udac×0.0176(安培)。

本實施例激光二極管的工作壓降uled＝2.3v，激光二極管的電源u為5v。若選擇，由(10)式可得，設(shè)定的led光源的工作電流ids＜(u-uled)/(r5+r23)＝38ma，由此防止由于led工作電流過大而導(dǎo)致的ccd圖像過曝問題。

本實施例圖3中，由于uadc(單位v)得，激光二極管設(shè)比例系數(shù)為k為0.0004(單位mv/mw)，p0單位為mw，uadc單位為v。設(shè)定光功率p0為最大值10mw時，uadc為最大值3v，

由(12)式得，3＝0.0049×10/1000×r24×(r25/r21)

則r24×(r25/r21)＝61224，

因為選擇r25＝8.2k，r21＝2k，r24＝15k，r7＝1k，r11＝470歐姆，r13＝470歐姆。

由(12)式得，uadc＝0.0049×p0/1000×15000×(8200/2000)＝0.3×p0

通過軟件設(shè)置此時的光功率值為p，并實時讀取uadc的值，若uadc小于0.3×p則逐漸增大udac，若uadc小于0.3×p，則逐漸減小udac的值。從而實現(xiàn)led光源穩(wěn)定工作在設(shè)定的光功率值。

本實施例中選用控制芯片dac為12位，其輸出范圍為0～3v，則udac的最小調(diào)節(jié)量為3/4096＝0.00073v。

經(jīng)上述分析可知，本發(fā)明能確保視頻準(zhǔn)直儀在全工作時間內(nèi)led光源的光功率恒定的同時，有效防止ccd過曝以及pwm脈寬調(diào)制驅(qū)動方式所造成的ccd圖像閃爍的問題。