CN104185347A - 一种用于色选机的可调光源系统及其光源亮度调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于色选机的可调光源系统，包括用于发送调节指令的上位机，其信号输出端与用于接收该调节指令的FPGA控制电路的输入端相连，FPGA控制电路的输出端与DAC转换电路的输入端相连，DAC转换电路的输出端与用于根据该调节指令输出相应电流值的恒流驱动电路的输入端相连，恒流驱动电路的输出端与布置在LED光源板上的LED灯相连。本发明还公开了一种用于色选机的可调光源系统的光源亮度调节方法。本发明无需采用电机驱动背景板的方式，大大降低了成本，同时输出电流的大小通过上位机来进行控制，输出电流精度高，纹波噪声小，通过DAC转换电路实现电流的精准可调、速度快且电流输出连续，本发明寿命长，色选效果好且较稳定，可广泛用于色选机领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种色选机光源系统技术领域，尤其是一种用于色选机的可调光源系统及其光源亮度调节方法。
背景技术
色选机设备在分选物料中会碰到各种不同的物料，分选不同物料时会对应不同的背景亮度，这就需求背景亮度通过一定的方式实时可调。目前市场上色选机大都采用转动反射背景板的方式来改变背景光源照射角度进而调节背景光源的亮度，这就需要一种可以转动的背景板装置，大都采用电机驱动背景板的方式，不仅成本较高，且调节精度低。采用可调的光源系统不仅可以省去电机的成本，且调节精度可以到达非常精准。
公开号为CN202290597U的专利公开了一种用于色选机的LED背景调光系统，但该专利并未指出实现背景调光的具体技术方案；公开号为CN202052711U的专利公开了一种色选机可调光调色LED光源，该专利采用的技术方案是采用PWM调光驱动光源来实现调光的，但PWM脉冲方式调节的输出电流断断续续，光通量也就无法平滑连续的输出，这会降低色选机的色选精度。其他常用的LED光源调光方式还有：可控硅切相调节、功率管线性放大调节和电流采样开关调节，这几种调节方式均有一定的缺陷：可控硅切相方式调节虽然输出电流连续，但输出电流中存在较大的工频纹波噪声，且宽范围内电流调节存在灯光闪烁现象；功率线性管放大调节方式电源效率较低，发热严重，可靠性低；电流采样开关调节方式能够连续、准确的调整输出电流大小，但电流反馈信号易受干扰，往往无法根据上位机指令实时且准确的调整输出电流。因此，这几种方式都无法满足色选机高精度的要求。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种成本低、调节精度高的用于色选机的可调光源系统。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种用于色选机的可调光源系统，包括用于发送调节指令的上位机，其信号输出端与用于接收该调节指令的FPGA控制电路的输入端相连，FPGA控制电路的输出端与DAC转换电路的输入端相连，DAC转换电路的输出端与用于根据该调节指令输出相应电流值的恒流驱动电路的输入端相连，恒流驱动电路的输出端与布置在LED光源板上的LED灯相连。
所述DAC转换电路采用芯片DAC7612U，其1脚与FPGA控制电路的输出端相连，其2脚为时钟信号端，其3脚为锁存功能端，其4脚为使能端，其5脚悬空，其6脚接地，其7脚分2路，一路接+5V直流电，另一路通过电容C11接地，其8脚作为DAC转换电路的输出端。
所述恒流驱动电路包括电容C1，电容C1、C2、C3并联后连接在电压输入端Vin和地之间，电阻R2、R1并联，且该并联端与芯片TPS92641的1脚、MOS管Q1的漏极共同接到电压输入端Vin，芯片TPS92641的2脚分别与电阻R1和电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地，芯片TPS92641的3脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端分别与电阻R2、R4的一端相连，电阻R4的另一端接地，芯片TPS92641的4脚分别与电阻R7、R8的一端相连，电阻R7的另一端接地，电阻R8的另一端接在电感L1和LED灯的正极之间，芯片TPS92641的5脚分别与电阻R5、电容C5的一端相连，电容C5的另一端接地，芯片TPS92641的6脚分两路，一路与电阻R5相连后接FPGA控制电路的输出端，另一路与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接地，芯片TPS92641的7脚通过电容C6接地，芯片TPS92641的8脚、9脚悬空。
所述芯片TPS92641的10脚接地，芯片TPS92641的11脚与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端接LED灯的负极，且通过电阻R13接地，芯片TPS92641的12脚通过电阻R10与MOS管Q2的栅极相连，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极与电感L1的一端相连，芯片TPS92641的13脚分别与二极管D1的阳极、电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地，二极管D1的阴极通过电容C7与电感L1的一端相连，芯片TPS92641的14脚与二极管D1的阴极相连，芯片TPS92641的16脚通过电阻R9与MOS管Q1的栅极相连，MOS管Q1的源极与芯片TPS92641的15脚、MOS管Q2的漏极连接在一起，电容C9、C10共同跨接在LED灯的正极和负极之间。
本发明的另一目的在于提供一种用于色选机的可调光源系统的光源亮度调节方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）上位机发送命令数据给FPGA控制电路；
（2）FPGA控制电路接收到上位机发送的命令数据后，发出相应的数据给DAC转换电路；
（3）DAC转换电路接收到FPGA控制电路发送来的指令后，转换成相应的模拟信号发送至恒流驱动电路；
（4）恒流驱动电路根据接收到的模拟信号指令输出相应的电流值，从而控制LED灯达到预定的亮度。
流过LED灯的电流为：
其中，ILED为流过LED灯的平均电流,VCS为芯片TPS92641的11脚的电压值，VIADJ为芯片TPS92641的6脚的电压值, RCS 为电阻R13的电阻值。
由上述技术方案可知，本发明无需采用电机驱动背景板的方式，大大降低了成本，同时输出电流的大小通过上位机来进行控制，输出电流精度高，纹波噪声小，通过DAC转换电路实现电流的精准可调、速度快且电流输出连续，本发明的光源光通量连续稳定，寿命长，色选效果好且较稳定，可广泛用于色选机领域，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的电路框图；
图2、3分别为本发明中DAC转换电路、恒流驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
一种用于色选机的可调光源系统，包括用于发送调节指令的上位机，其信号输出端与用于接收该调节指令的FPGA控制电路的输入端相连，FPGA控制电路的输出端与DAC转换电路1的输入端相连，DAC转换电路1的输出端与用于根据该调节指令输出相应电流值的恒流驱动电路2的输入端相连，恒流驱动电路2的输出端与布置在LED光源板上的LED灯相连，如图1所示。
如图2所示，所述DAC转换电路1采用芯片DAC7612U，其1脚与FPGA控制电路的输出端相连，其2脚为时钟信号端，其3脚为锁存功能端，其4脚为使能端，其5脚悬空，其6脚接地，其7脚分2路，一路接+5V直流电，另一路通过电容C11接地，其8脚作为DAC转换电路1的输出端。
如图3所示，所述恒流驱动电路2包括电容C1，电容C1、C2、C3并联后连接在电压输入端Vin和地之间，电阻R2、R1并联，且该并联端与芯片TPS92641的1脚、MOS管Q1的漏极共同接到电压输入端Vin，芯片TPS92641的2脚分别与电阻R1和电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地，芯片TPS92641的3脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端分别与电阻R2、R4的一端相连，电阻R4的另一端接地，芯片TPS92641的4脚分别与电阻R7、R8的一端相连，电阻R7的另一端接地，电阻R8的另一端接在电感L1和LED灯的正极之间，芯片TPS92641的5脚分别与电阻R5、电容C5的一端相连，电容C5的另一端接地，芯片TPS92641的6脚分两路，一路与电阻R5相连后接FPGA控制电路的输出端，另一路与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接地，芯片TPS92641的7脚通过电容C6接地，芯片TPS92641的8脚、9脚悬空。
如图3所示，所述芯片TPS92641的10脚接地，芯片TPS92641的11脚与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端接LED灯的负极，且通过电阻R13接地，芯片TPS92641的12脚通过电阻R10与MOS管Q2的栅极相连，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极与电感L1的一端相连，芯片TPS92641的13脚分别与二极管D1的阳极、电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地，二极管D1的阴极通过电容C7与电感L1的一端相连，芯片TPS92641的14脚与二极管D1的阴极相连，芯片TPS92641的16脚通过电阻R9与MOS管Q1的栅极相连，MOS管Q1的源极与芯片TPS92641的15脚、MOS管Q2的漏极连接在一起，电容C9、C10共同跨接在LED灯的正极和负极之间。
以下结合图1、2、3对本发明作进一步的说明。
在进行光源亮度调节时，首先，上位机发送命令数据给FPGA控制电路；其次，FPGA控制电路接收到上位机发送的命令数据后，发出相应的数据给DAC转换电路1；接着，DAC转换电路1接收到FPGA控制电路发送来的指令后，转换成相应的模拟信号发送至恒流驱动电路2；最后，恒流驱动电路2根据接收到的模拟信号指令输出相应的电流值，从而控制LED灯达到预定的亮度。
输入电压Vin经过电容C1、C2、C3滤波后送入到芯片TPS92641的1脚，当MOS管Q1导通时，输入电压Vin经过MOS管Q1、电感L1，提供电流流过LED灯回到负端，电阻R13检测电感L1的峰值电流，由于LED灯、电感L1及电阻R13的电流均一致，LED灯的电流也就等于流过电阻R13的电流，电流恒定的原理为：当输出电压VO增大时，流过R13的电流也就随之增大，芯片TPS92641的CS脚检测到电压也就增大，芯片TPS92641通过闭环调节MOS管Q1的占空比来相应减小电流输出大小，反之则增大输出电流大小，从而使输出电流恒定在一稳定状态。当MOS管Q1截止时，MOS管Q2及电感L1形成续流回路，电感L1上的电流的平均值与充电过程的电流一致，从而整个工作过程流过LED灯的电流均恒定在一稳定值。电阻R2、R3、R4主要设定的电路的欠压保护值，通过设置电阻R2、R3及R4的阻值来设定开启值，电阻R4、R7、R8以及电容C4设定芯片TPS92641的工作频率。
流过LED灯的电流为：
其中，ILED为流过LED灯的平均电流,VCS为芯片TPS92641的11脚(CS脚)的电压值，VIADJ为芯片TPS92641的6脚(IADJ脚)的电压值，RCS 为电阻R13的电阻值。
芯片DAC7612U的1脚接收到上位机发送过来的数字信号，转换成对应的模拟信号DAout由芯片DAC7612U的8脚输出，输出的模拟信号DAout传送到芯片TPS92641的6脚(IADJ脚)，这样芯片TPS92641的6脚的电压被设定在DAout对应的电压值，根据上述LED电流的计算公式可知，流过LED灯的电流就被设定在一恒定值。通过上位机发生不同的数字信号给芯片DAC7612U，通过芯片DAC7612U转换成不同的模拟信号输出，从而改变芯片TPS92641的6脚(IADJ脚)的电压值，相应的输出电流也就分别设置在不同的电流值，由于芯片DAC7612U的输出精度在1mV,输出电流的调节精度就非常高。
综上所述，本发明无需采用电机驱动背景板的方式，大大降低了成本，同时输出电流的大小通过上位机来进行控制，输出电流精度高，纹波噪声小，通过DAC转换电路1实现电流的精准可调、速度快且电流输出连续。
Claims (6)
1.一种用于色选机的可调光源系统，其特征在于：包括用于发送调节指令的上位机，其信号输出端与用于接收该调节指令的FPGA控制电路的输入端相连，FPGA控制电路的输出端与DAC转换电路的输入端相连，DAC转换电路的输出端与用于根据该调节指令输出相应电流值的恒流驱动电路的输入端相连，恒流驱动电路的输出端与布置在LED光源板上的LED灯相连。
2.根据权利要求1所述的用于色选机的可调光源系统，其特征在于：所述DAC转换电路采用芯片DAC7612U，其1脚与FPGA控制电路的输出端相连，其2脚为时钟信号端，其3脚为锁存功能端，其4脚为使能端，其5脚悬空，其6脚接地，其7脚分2路，一路接+5V直流电，另一路通过电容C11接地，其8脚作为DAC转换电路的输出端。
3.根据权利要求1所述的用于色选机的可调光源系统，其特征在于：所述恒流驱动电路包括电容C1，电容C1、C2、C3并联后连接在电压输入端Vin和地之间，电阻R2、R1并联，且该并联端与芯片TPS92641的1脚、MOS管Q1的漏极共同接到电压输入端Vin，芯片TPS92641的2脚分别与电阻R1和电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地，芯片TPS92641的3脚与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端分别与电阻R2、R4的一端相连，电阻R4的另一端接地，芯片TPS92641的4脚分别与电阻R7、R8的一端相连，电阻R7的另一端接地，电阻R8的另一端接在电感L1和LED灯的正极之间，芯片TPS92641的5脚分别与电阻R5、电容C5的一端相连，电容C5的另一端接地，芯片TPS92641的6脚分两路，一路与电阻R5相连后接FPGA控制电路的输出端，另一路与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接地，芯片TPS92641的7脚通过电容C6接地，芯片TPS92641的8脚、9脚悬空。
4.根据权利要求3所述的用于色选机的可调光源系统，其特征在于：所述芯片TPS92641的10脚接地，芯片TPS92641的11脚与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端接LED灯的负极，且通过电阻R13接地，芯片TPS92641的12脚通过电阻R10与MOS管Q2的栅极相连，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极与电感L1的一端相连，芯片TPS92641的13脚分别与二极管D1的阳极、电容C8的一端相连，电容C8的另一端接地，二极管D1的阴极通过电容C7与电感L1的一端相连，芯片TPS92641的14脚与二极管D1的阴极相连，芯片TPS92641的16脚通过电阻R9与MOS管Q1的栅极相连，MOS管Q1的源极与芯片TPS92641的15脚、MOS管Q2的漏极连接在一起，电容C9、C10共同跨接在LED灯的正极和负极之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述可调光源系统的光源亮度调节方法，该方法包括下列顺序的步骤：
（1）上位机发送命令数据给FPGA控制电路；
（2）FPGA控制电路接收到上位机发送的命令数据后，发出相应的数据给DAC转换电路；
（3）DAC转换电路接收到FPGA控制电路发送来的指令后，转换成相应的模拟信号发送至恒流驱动电路；
（4）恒流驱动电路根据接收到的模拟信号指令输出相应的电流值，从而控制LED灯达到预定的亮度。
6.根据权利要求5所述的光源亮度调节方法，其特征在于：流过LED灯的电流为：
其中，ILED为流过LED灯的平均电流,VCS为芯片TPS92641的11脚的电压值，VIADJ为芯片TPS92641的6脚的电压值,RCS 为电阻R13的电阻值。
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