CN115811816B - 蓝光led光源驱动系统、光电编码器及电子多圈编码器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种蓝光LED光源驱动系统、光电编码器及电子多圈编码器，应用于光学技术领域。其中，系统包括输入端模块、升/降压自反馈调节模块和输出调节模块；输入端模块用于输入低于蓝光LED光源的导通开启电压的电压信号，并进行充放电。升/降压自反馈调节模块，用于根据工作电压区间、输入电压和目标输出电压之间的数值关系，匹配进入升压模式还是降压模式；同时在当前输入电压变化时，根据当前输出电压调节脉冲信号，以使输出电压稳定在目标输出电压。输出调节模块，用于将输出电压调节为目标输出电压，并输入至蓝光LED光源。本申请可在不影响光电编码器的数据输出精度的基础上，可靠、稳定地驱动蓝光LED光源。

Description

蓝光LED光源驱动系统、光电编码器及电子多圈编码器

技术领域

本申请涉及光学技术领域，特别是涉及一种蓝光LED光源驱动系统、光电编码器及电子多圈编码器。

背景技术

光电编码器包括LED光源12、标尺光栅10和光电接收器11，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，如图1所示。其中，标尺光栅10用于速度或位置的检测，具有精度高、响应快、性能稳定可靠等优点。其在直线或一定半径的圆盘上刻划相应的编码图案，当其发生位移时，经LED光源12与光电接收器11组成的检测装置检测输出相对应编码图形信号，对编码图形信号的解调编码，可计算出标尺光栅位移量，通过单位时间内标尺光栅位移量便可以反应当前位移速度。光电编码器11按照工作原理分为增量式编码器和绝对值式编码器，增量式编码器为通过计算自参考点的增量脉冲信号的数量而获得位置值的光栅编码器。绝对式编码器为全量程范围内任意位置编码器输出的每个角度信息与所对应角度为单圈函数关系的光栅编码器。

光电编码器11的分辨率为全量程范围内1次所输出的脉冲数。对于增量型编码器，可以用光栅的脉冲数来表示，对于绝对式编码器，可以用分割数或位数来表述。同尺寸标尺光栅下实现高精度、高分辨力输出，要在单位长度内的刻划尽可能多的编码图案信息。但是，随着刻划的线密度增加，依据光栅方程公式d·sinθ=n·λ可知，n为光栅级数（常数），λ为波长，两狭缝之间的间距d变小，衍射角度θ变大会使光电接收器接收的光量减少，输出的信号质量减弱，不仅影响输出精度，甚至无法计算位移量。若要使光电接收器输出可靠稳定的信号，就要保证接收足够的光量。在衍射角度θ满足光照的条件下，两狭缝之间的间距d变小，那么就需要使用短波长、频率高的光源（LED）。目前光电编码器常用的LED光源为红光光源、红外LED光源与蓝光LED光源。其中，红光光源或红外LED光源的波长λ在800～900 nm，最小开启导通电压在DC 1.1～1.7 V之间。蓝光LED光源的波长λ在420～500 nm，最小开启导通电压在DC 2.9～3.8 V之间。在衍射角度θ满足光照的条件下，蓝光LED光源的波长λ更短，相应的，两狭缝之间的间距d也可以更小，从而实现光栅单位长度内更高线密度的刻划，实现更高的分辨率和精度。但是，蓝光LED光源的最小开启导通电压是红光或红外LED光源的2倍以上，对硬件驱动电路的要求更高。

为了适应光电编码器小型化、低工作电压、高分辨率、高精度的市场需求，光栅刻划线密度不断增加，光电编码器使用蓝光LED光源，但目前在3.3 V工作电压的光电编码器系统，基本无法实现可靠、稳定地驱动蓝光LED光源，相关技术通常采用高于蓝光LED光源的导通开启电压U_LED的工作电压来实现光电编码器在低压状态下可靠、稳定地驱动蓝光LED光源。举例来说，对于如图2所示采用I/O驱动蓝光LED光源的相关技术，I/O驱动蓝光光源（LED）系统包括驱动I/O、限流电阻R1、蓝光LED光源、电源地GND。当驱动I/O输出高电平U_I/O高于蓝光LED光源导通开启电压U_LED时，蓝光LED光源被点亮，发光电流I_LED=（U_I/O-U_LED）/R1，发光电流I_LED越大，蓝光LED光源越亮。但是，为了驱动蓝光LED光源，I/O驱动电流能力就需要足够高，而随着驱动电流的增大，I/O控制芯片的发热会增大，不可避免地会对I/O控制芯片的工作温度造成一定的影响。此外，I/O控制芯片的工作电压要高于蓝光LED光源导通开启电压U_LED时，I/O才能驱动蓝光LED光源，在工作电压低于导通开启电压U_LED的光电编码器是无法驱动工作。对于如图3及图4所示采用三极管或MOS管电压直驱蓝光LED光源的相关技术，整个系统包括驱动电压VDD，蓝光LED光源D1，压控开关三极管或MOS管Q1，I/O或PWM（Pulse width modulation，脉冲宽度调制）压控源，匹配限流电阻R2，限流电阻R1及电源地GND。当驱动电源VDD的电压U_VDD高于蓝光LED光源导通开启电压U_LED时，I/O或PWM压控源压控三极管或MOS管时，当I/O或PWM压控源高电平时，压控三极管或MOS管导通，蓝光LED光源被点亮。当I/O或PWM压控源低电平时，压控三极管或MOS管截止，蓝光LED光源熄灭。发光电流I_LED=（U_VDD-U_LED）/R1，发光电流I_LED越大，蓝光LED光源越亮。也可以通过调整PWM压控源的开关频率f及占空比控制蓝光LED光源亮度。但是，工作电压低于蓝光LED光源导通开启电压U_LED的光电编码器是无法驱动工作，当输入电压VDD小于蓝光LED光源导通开启电压U_LED时，无发光电流流过。

为了克服受限于工作电压的现状，相关技术采用升压电路的方式驱动蓝光LED光源，举例来说，对于如图5所示采用RC升压电路驱动蓝光LED光源方案，整个系统包括驱动电压VDD，肖特基二极管D2，电容C1，压控开关MOS管Q1，PWM压控源，匹配限流电阻R3，下拉电阻R2，限流电阻R1，蓝光LED光源D1及电源地GND。充电过程为：当 PWM压控源为低电平时，压控开关MOS管Q1截止，驱动电压VDD通过肖特基二极管D2与电容C1相接，电路中有电流流通，电容C1两端分别获得数量相等的相反电荷，此时电容C1正在充电，其两端的电位差V_C1逐渐增大。一旦电容C1两端电压V_C1增大至与驱动电压VDD相等时，V_C1=VDD，电容C1充电完毕，电路中没有电流流动。由于电容C1充电过程完成后，就没有电流流过电容C1，所以在直流电路中等效为开路，电容C1上的电压V_C1稳定不变。放电过程为：当 PWM压控源为高电平时，由于电容C1与R2连接端的电压升高，等于PWM压控源电压值U_PWM，负电荷被中和减少，由于电容C1两端要保持相反电荷相等，所以电容C1两端的电位差V_C1开始减小，释放正电荷形成电流开始放电，由于肖特基二极管D2反向截止，电容C1两端电压升高，此时电压高于输入电压，升压完毕。PWM脉冲不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压VDD的电压。压控开关MOS管Q1导通，U_C1高于蓝光LED光源导通开启电压U_LED时，电流经限流电阻R1后驱动蓝光LED光源，发光电流I_LED=（U_C1-U_LED）/R1，发光电流I_LED越大蓝光LED光源越亮。电容值越小，电容的充电和放电速度越快，反之亦然。

但是，通过升压的方式将输入电压VDD升高，即使在工作电压低于导通开启电压U_LED的编码器光电系统也可以驱动蓝光LED光源，但因没有反馈调节电路，要求输入电压稳定不变。当输入电压出现升压或降压时，升压后的电压也会随之浮动，从而影响蓝光LED光源发光电流，亮度随之变化致使光电信号不稳定，影响光电编码器的数据输出精度，甚至出错。

鉴于此，如何在不影响光电编码器的数据输出精度的基础上，可靠、稳定地驱动蓝光LED光源，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种蓝光LED光源驱动系统、光电编码器及电子多圈编码器，可在不影响光电编码器的数据输出精度的基础上，可靠、稳定地驱动蓝光LED光源。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种蓝光LED光源驱动系统，包括：输入端模块、升/降压自反馈调节模块和输出调节模块；

其中，所述输入端模块，用于输入低于蓝光LED光源的导通开启电压的电压信号，并进行充放电；

所述升/降压自反馈调节模块，用于根据工作电压区间、输入电压和目标输出电压之间的数值关系，匹配进入升压模式还是降压模式；同时在当前输入电压变化时，根据当前输出电压调节脉冲信号，以使输出电压稳定在所述目标输出电压；

所述输出调节模块，用于将输出电压调节为所述目标输出电压，并输入至所述蓝光LED光源。

可选的，所述输入端模块包括电压输入端、输入电容和电感；

所述输入电容一端与所述电压输入端相连，另一端接地；

所述电感一端与所述电压输入端相连，另一端与所述升/降压自反馈调节模块相连。

可选的，所述输出调节模块包括串联连接的第一输出电阻和第二输出电阻；

所述第一输出电阻的一端与所述升/降压自反馈调节模块的输出电压端相连，另一端与所述第二输出电阻的一端相连；所述第二输出电阻的另一端接地。

可选的，所述输出调节模块包括并联连接的第一输出电容和第二输出电容；

所述第一输出电容、所述第二输出电容的一端与所述升/降压自反馈调节模块的输出电压端相连，另一端接地。

可选的，所述输出调节模块包括电源控制模块；

所述电源控制模块包括第一开关管和限流电阻；

所述第一开关管的漏级与所述升/降压自反馈调节模块的输出电压端相连，源极与所述限流电阻的一端，栅极接入I/O信号，以用于控制开启或关闭所述蓝光LED光源；

所述限流电阻的另一端与所述蓝光LED光源的正极相连，所述蓝光LED光源的负极接地。

可选的，所述升/降压自反馈调节模块包括电压监控器、逻辑控制器、脉冲发生器、电压调节电路及电流传感器；所述电压监控器与所述逻辑控制器相连，所述逻辑控制器与所述脉冲发生器相连，所述脉冲发生器与所述电压调节电路相连，所述电流传感器分别与所述电压调节电路、所述脉冲发生器和输出电压端相连；所述电压调节电路还与输入电压端口相连；

所述电压监控器设置在输入电压端口，用于根据当前输入电压与工作电压区间之间的数值关系，确定进入升压模式还是降压模式，同时向所述逻辑控制器发送模式反馈信号；

所述逻辑控制器，用于根据所述模式反馈信号向所述脉冲发生器发送相应的控制信号；

所述脉冲发生器，用于基于所述控制信号，通过向所述电压调节电路发送相应的脉冲信号，以使所述电压调节电路进行升压或降压；

所述电流传感器，用于在所述当前输入电压变化时，将输出电压的实时值发送给所述脉冲发生器，以使所述脉冲发生器通过调节脉冲信号使得输出电压稳定在所述目标输出电压。

可选的，所述电压监控器包括第一电压比较器和第二电压比较器；

所述第一电压比较器的正相输入端、所述第二电压比较器的正相输入端连接在所述输入电压端口，所述第一电压比较器的反相输入端连接最大工作电压端，所述第二电压比较器的反相输入端连接最小工作电压端；

所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端均与所述逻辑控制器相连；

所述电压监控器，用于当检测到当前输入电压高于最小工作电压，向所述逻辑控制器输出升压模式信号；当检测到当前输入电压高于最大工作电压，向所述逻辑控制器输出降压模式信号。

可选的，还包括运算放大器、开关器和多个分压电阻；

各分压电阻串联连接，第一个分压电阻的一端与输出电压端相连，最后一个分压电阻接地；

所述运算放大器的输出端与所述脉冲发生器相连，正相输入端连接参考电压端，负相输入端连接开关器；

所述开关器的一端连接所述输出调节模块，另一端连接在目标分压电阻的一端；所述目标分压电阻为各分压电阻中的一个分压电阻。

可选的，所述电压调节电路还与第二开关管的栅极、第三开关管的栅极相连；

所述第二开关管的漏级与所述电流传感器相连，源极接地；

所述第三开关管的源极与输出电压端相连，漏级与开关控制端相连。

可选的，还包括保护模块；

所述保护模块分别与所述逻辑控制器和所述电流传感器相连，用于进行逐周期限流保护和过压保护。

本发明实施例另一方面提供了一种光电编码器，包括如前任一项所述蓝光LED光源驱动系统。

本发明实施例最后还提供了一种电子多圈编码器，包括如前任一项所述蓝光LED光源驱动系统。

本申请提供的技术方案的优点在于，通过升/降压自反馈调节模块对低于蓝光LED光源的导通开启电压的电压信号进行升压，达到驱动LED电源的输出电压，在输入电压发生变化时，通过监测输出电压能够通过自调节脉冲信号将输出电压稳定在目标输出电压，当输入电压高于目标输出电压时，将进入降压模式，将输出电压稳定在目标输出电压，通过驱动电压的恒定实现发光电流的恒定，保证发光亮度的稳定，能够保证光电编码器高精度输出，从而在不影响光电编码器的数据输出精度的基础上，实现可靠、稳定地驱动蓝光LED光源。

此外，本发明实施例还针对蓝光LED光源驱动系统提供了相应的应用系统即光电编码器及电子多圈编码器，进一步使得所述蓝光LED光源驱动系统更具有实用性，所述光电编码器及电子多圈编码器具有相应的优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中的光电编码器的结构示意图；

图2为相关技术中的I/O驱动蓝光LED光源的系统结构示意图；

图3为相关技术中的三极管电压直驱蓝光LED光源的系统结构示意图；

图4为相关技术中的MOS管电压直驱蓝光LED光源的系统结构示意图；

图5为相关技术中的采用RC升压电路驱动蓝光LED光源的系统结构示意图；

图6为本发明实施例提供的蓝光LED光源驱动系统的一种具体实施方式下的结构框架图；

图7为本发明实施例提供的蓝光LED光源驱动系统的另一种具体实施方式下的结构图；

图8为本发明实施例提供的升/降压自反馈调节模块的一种具体实施方式下的结构图；

图9为本发明实施例提供的采用Boost升压电路驱动蓝光LED光源的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及二者的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图6，图6为本发明实施例提供的一种蓝光LED光源驱动系统在一种可选的实施方式下的结构框架示意图，本发明实施例可包括以下内容：

本申请的蓝光LED光源驱动系统可包括输入端模块1、升/降压自反馈调节模块2和输出调节模块3。其中，升/降压自反馈调节模块2分别与输入端模块1和输出调节模块3相连。

在本实施例中，输入端模块1可用于输入低于待驱动的蓝光LED光源的导通开启电压的电压信号，也即外部输入的电压值低于蓝光LED光源的导通开启电压，同时进行充放电。作为一种可选的实施方式，输入端模块1完成充放电功能可通过电感和电容，相应的，如图7所示，输入端模块1可包括电压输入端VDD、输入电容C1和电感L1；输入电容C1一端与电压输入端VDD相连，C1的另一端接地GND；电感L1一端与电压输入端VDD相连，L1的另一端与升/降压自反馈调节模块2相连，电感L1为升/降压自反馈调节模块2的外置充放电电感。

本实施例的升/降压自反馈调节模块2，用于根据工作电压区间、输入电压和目标输出电压之间的数值关系，匹配进入升压模式还是降压模式；同时在当前输入电压变化时，根据当前输出电压调节脉冲信号，以使输出电压稳定在目标输出电压。工作电压区间包括最小工作电压和最大工作电压，目标输出电压为输出电压的目标值，也即用于驱动蓝光LED光源的目标电压。升压模式为对输入电压进行电压升高处理，使得升高后的电压能够驱动蓝光LED光源，也即经过输入电压经过升高到大于导通开启电压。降压模式是指随着电压的升高，当输出电压已经高于目标输出电压之后，需要对电压进行降压处理，以稳定在目标输出电压。进一步的，为了保证光电编码器高精度输出，当输入电压发生变化，还可根据变化后的输出电压实时进行调控，确保输出电压一直稳定在目标输出电压。升/降压自反馈调节模块2在升压过程中可以对输出电压进行自调节，可以保证输出电压稳定，所以对输入电压是否稳定不变并不做任何要求。

本实施例的输出调节模块3可用于将输出电压调节为目标输出电压，并输入至蓝光LED光源，以驱动蓝光LED光源。

在本发明实施例提供的技术方案中，通过升/降压自反馈调节模块对低于蓝光LED光源的导通开启电压的电压信号进行升压，达到驱动LED电源的输出电压，在输入电压发生变化时，通过监测输出电压能够通过自调节脉冲信号将输出电压稳定在目标输出电压，当输入电压高于目标输出电压时，将进入降压模式，将输出电压稳定在目标输出电压，通过驱动电压的恒定实现发光电流的恒定，保证发光亮度的稳定，能够保证光电编码器高精度输出，从而在不影响光电编码器的数据输出精度的基础上，实现可靠、稳定地驱动蓝光LED光源。

上述实施例对输出调节模块3的结构并不做任何限定，本申请还提供了一种可选的实施方式，请参阅图7所示，可包括下述内容：

输出调节模块3包括第一输出电阻R2和第二输出电阻R3。其中，第一输出电阻R2和第二输出电阻R3串联连接，第一输出电阻R2的一端与升/降压自反馈调节模块2的输出电压端相连，另一端与第二输出电阻R3相连，第二输出电阻R2的另一端接地。当然，所述领域技术人员可根据实际使用电阻阻值的情况以及输出电压目标值的数值灵活设置输出电阻的个数，也即可以通过设置一个输出电阻，也可设置2个以上的输出电阻，这均不影响本申请的实现。通过设置输出电阻可以简单高效地对经过升/降压自反馈调节模块处理后的输出电压进行相应的调节，得到可用于驱动蓝光LED光源的目标输出电压。也即本实施例的输出电压值可通过R2和R3设定，V_OUT=V_REF*(（R2+R3）/R3)，V_OUT为实际的输出电压值，V_REF为目标输出电压值。

进一步的，为了提高输出电能的质量，使得输出电流更加平滑，对蓝光LED光源更加友好，如图7所示，输出调节模块3还可包括第一输出电容C2和第二输出电容C3。其中，第一输出电容C2和第二输出电容C3并联连接，第一输出电容C2、第二输出电容C3的一端均与升/降压自反馈调节模块2的输出电压端相连，第一输出电容C2、第二输出电容C3的另一端均接地。

进一步的，为了提高自动化性能，提升用户使用体验，输出调节模块3还可包括电源控制模块；电源控制模块可包括第一开关管Q1和限流电阻R1，第一开关管Q1可为三极管或者是MOS管，所属领域技术人员可灵活选择可作为开关使用的元器件，这均不影响本申请的实现。第一开关管Q1的漏级与升/降压自反馈调节模块2的输出电压端相连，第一开关管Q1的源极与限流电阻R1的一端，第一开关管Q1的栅极接入I/O信号，I/O信号为外部输入的信号，用于控制开启或关闭蓝光LED光源；限流电阻R1的另一端与蓝光LED光源D1的正极相连，蓝光LED光源D1的负极接地。经过限流电阻R1驱动蓝光LED光源，蓝光LED光源的发光电流I_LED=（U_OUT-U_LED）/R1，发光电流I_LED越大，蓝光LED光源越亮。

由上可知，对于工作电压区间为V_PSTH至V_Down，通过输出电阻R2、R3设定输出电压V_OUT，当输入电压VIN大于电压V_PSTH，小于等于输出电压V_OUT时，升/降压自反馈调节模块2工作在升压模式输出稳定的V_OUT，通过I/O开启可控开关MOS管Q1经过限流电阻R1驱动蓝光LED光源，可实现恒流驱动。当输入电压VIN大于电压V_OUT，小于等于V_Down时，升/降压自反馈调节模块2工作在降压模式输出稳定的V_OUT，通过I/O开启可控开关MOS管Q1经过限流电阻R1驱动蓝光LED光源，可实现恒流驱动，从而实现了在工作电压V_PSTH~V_Down区间，电压V_OUT稳定输出，进而实现了恒流驱动蓝光LED光源。

上述实施例对升/降压自反馈调节模块2的结构并不做任何限定，本申请还提供了一种可选的实施方式，结合图7和图8，可包括下述内容：

升/降压自反馈调节模块2可以为芯片（集成电路）或电路的形式，如图7所示，升/降压自反馈调节模块2为芯片N1，其引脚可包括SW、VIN、EN、Vout、FB和GND，其中SW对应的引脚为开关控制脚，VIN对应的引脚为输入电压脚，EN对应的引脚为升/降压自反馈调节模块2的逻辑控制器的使能脚，Vout对应的引脚为输出电压脚，FB对应的引脚为输出电压反馈脚，GND对应的引脚为接地脚。电感L1与SW、VIN、EN相连，输出调节模块3与Vout、FB相连，第一输出电阻R2的两端连接在Vout和FB，第二输出电阻R3的一端连接在FB上。VIN对应输入电压端，Vout对应输出电压端。

如图8所示，升/降压自反馈调节模块2可包括电压监控器、逻辑控制器、脉冲发生器、电压调节电路及电流传感器；电压监控器与逻辑控制器相连，逻辑控制器与脉冲发生器相连，脉冲发生器与电压调节电路相连，电流传感器分别与电压调节电路、脉冲发生器和输出电压端相连；电压调节电路还与输入电压端口VIN对应的引脚相连。

其中，电压监控器设置在输入电压端口VIN，用于根据当前输入电压与工作电压区间之间的数值关系，确定进入升压模式还是降压模式，同时向逻辑控制器发送模式反馈信号；模式反馈信号即为用于表示为升压模式还是降压模式。作为一种可选的实施方式，电压监控器可包括第一电压比较器和第二电压比较器；第一电压比较器的正相输入端、第二电压比较器的正相输入端连接在输入电压端口VIN，第一电压比较器的反相输入端连接最大工作电压端V_Down，第二电压比较器的反相输入端连接最小工作电压端V_PSTH，第一电压比较器的输出端和第二电压比较器的输出端均与逻辑控制器相连；相应的，电压监控器用于当检测到当前输入电压高于最小工作电压V_PSTH，向逻辑控制器输出升压模式信号；当检测到当前输入电压高于最大工作电压V_Down，向逻辑控制器输出降压模式信号。本实施例通过监测采样输入电压值变化选择升压模式或降压模式，实现稳定输出电压的闭环控制。

本实施例的逻辑控制器，用于根据模式反馈信号向脉冲发生器发送相应的控制信号；控制信号用于表示进行升压处理还是降压处理，脉冲发生器，用于基于控制信号，通过向电压调节电路发送相应的脉冲信号，从而控制电压调节电路进行升压或降压。

本实施例的电流传感器用于在当前输入电压变化时，将输出电压的实时值发送给脉冲发生器，脉冲发生器通过调节发送给电压调节电路的脉冲信号，如调节脉冲频率及占空比，使得输出电压稳定在目标输出电压，实现稳定输出电压的闭环控制。

电压调节电路用于实现对输入电压的升压处理或降压处理，电压调节电路的启动电压由VIN提供。本实施例的电压调节电路可采用Boost电路，该电路可以是输出电压比输入电压高的开关直流升压电路，利用Boost电路中的升压电路实现升压功能，利用Boost电路中的分压电阻实现分压降压功能。Bosst电路的升压电路包括储能电感、限流电阻、三极管、二极管、电容，其工作原理如下：假定开关（也即三极管）已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。充电过程中，当PWM脉冲控制开关闭合（也即三极管导通），这时输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。放电过程为：当PWM脉冲控制开关断开（也即三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压高于输入电压，升压完毕。升压过程就是电感的能量传递过程。充电时电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程通过PWM脉冲不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。由于输出电压可以高于输入电压那么当输入电压低于蓝光LED光源的导通电压U_LED时，依然可以通过调节PWM脉冲频率及占空比使输出电压高于蓝光LED光源的导通电压。若如图9所示，只采用Boost升压电路驱动蓝光LED光源，由于没有自调节功能以及降压功能，就需要输入电压稳定不变。而若输入电压出现升压或降压时，升压后的电压也会随之浮动，从而影响蓝光LED光源发光电流，亮度随之变化致使光电信号不稳定，影响光电编码器的数据输出精度。

由上可知，本实施例采用具有升/降压自反馈调节功能的芯片对蓝光LED光源进行驱动，当输入电压低于目标输出电压值时，将进入升压模式，并且输入电压发生变化时，通过监测驱动输出电压反馈能够调节脉冲频率及占空比将输出电压稳定在目标值。当输入电压高于目标输出电压值时，将进入降压模式，将输出电压稳定在目标输出电压值，从而保证驱动蓝光LED光源的电压恒定，发光电流也就恒定，相应的，发光亮度稳定。

基于上述实施例，进一步的，为了实现输出电压的可控，升/降压自反馈调节模块2还可包括运算放大器、开关器和多个分压电阻；各分压电阻串联连接，第一个分压电阻的一端与输出电压端相连，最后一个分压电阻接地；请参阅图8，第一个分压电阻可与FB对应的引脚相连，分压电阻可为2个，运算放大器的输出端与脉冲发生器相连，正相输入端连接参考电压端也即REF对应的输入端，参考电压端为调控的目标电压，如可为目标输出电压，负相输入端连接开关器；开关器的一端连接输出调节模块，另一端连接在目标分压电阻的一端；目标分压电阻为各分压电阻中的一个分压电阻。其中，开关器可为任何一种开关，如单刀双掷开关，通过开关可以选择接入负相输出端的电压信号，实现输出电压的可控。

进一步的，为了保证整个升/降压自反馈调节模块2的安全性能，增加使用寿命，如图8所示，电压调节电路还连接两个开关管，开关管例如可为PMOS管或NMOS管。电压调节电路可与第二开关管的栅极、第三开关管的栅极相连；第二开关管的漏级与电流传感器相连，源极接地；第三开关管的源极与输出电压端相连，漏级与开关控制端SW相连。

进一步的，为了保证整个升/降压自反馈调节模块2的安全性能，增加使用寿命，如图8所示，升/降压自反馈调节模块2还可包括保护模块；保护模块分别与逻辑控制器和电流传感器相连，用于进行OCP（Over Current Protection，逐周期限流保护）和OVP（OverVoltage Protection，过压保护），可以限制最大输出电流和限制最大输入电压。进一步的，为了保证逻辑控制器的稳定运行，还可为逻辑控制器设置过热保护电路。

基于上述实施例，本申请还提供了多个实际应用场景实施例，可包括下述内容：

随着光电编码器光栅盘刻划线数的增加，线密度增大，其LED光源采用的是波长更短的蓝光LED光源。目前光电编码器的用户系统大多数5 V工作电压，但光电编码器接口到用户端接口距离有的20米以上，那么在电压在线缆传输上5 V电压到编码器端的电压输入会产生1 V以上的压降，那么就要求光电编码器的工作电压范围更宽泛，满足不同的应用场景。随着不同使用场景的线长变化压降也随之变化。光电编码器的输入电压低于蓝光LED光源导通电压时，光电编码器无法工作，即使是高于蓝光LED光源导通电压，随着压降变化蓝光LED光源发光电流也在变化，会影响光电接收器信号的稳定性，从而影响编码器的输出精度。为了克服上述弊端，可将上述任意一个实施例所述的蓝光LED光源驱动系统，应用在光电编码器上，也即一种光电编码器可包括如上任一个实施例所阐述的蓝光LED光源驱动系统，利用该蓝光LED光源驱动系统驱动光电编码器的蓝光光源，从而不受限输入电压的大小以及变化情况，能保证光电编码器的输出精度。举例来说，本实施例可应用于工作电压宽电压3.3 V-5 V的高精度高分辨光电编码器系统中，通过升/降压自反馈调节可使输出电压稳定在5 V，输入电压范围为１.8 V-6.0 V。1.8 V-5.0 V工作在升压模式，5.0 V-6.0 V工作在降压模式。实现光电编码器宽电压范围工作，使光电编码器适应不同线缆长度的工作场景，实现长线传输。

此外，还可将上述任意一个实施例所述的蓝光LED光源驱动系统应用在电子多圈编码器上，也即电子多圈编码器可包括如上任一个实施例所述的蓝光LED光源驱动系统，在输入电压高于1.8 V的情况下，电子多圈编码器都可以升压稳定工作。如可应用在高精度高分辨率电子多圈编码器的低功耗多圈计数。

多圈计数是依靠光电编码器的光栅盘上的2条格雷码码道，通过读取光电接收器的2位格雷码四个状态变化00、01、11、10进行计数。在低功耗工作模式下采用3.6 V锂电池作为电源进行供电，通过间歇周期性驱动LED光源读取光电接收器的格雷码进行数，例如上次读取格雷码数值是10，当前读取的格雷码数值是00，那么多圈数值加1，反之多圈数值减1。如果连续3次以上读取的格雷码数值是连续变化的，那么通过调整歇周期频率进行匹配，以免出现位跳丢圈。

在应用蓝光LED光源的光电编码器系统，由于导通电压高于3.6 V电池电压，通过间歇周期性扫描是无法正常驱动蓝光LED光源进行扫描的，利用具有升/降压自反馈调节的上述蓝光LED光源驱动系统驱动蓝光LED光源，将3.6 V的输入电压升压至5 V，就高于蓝光LED光源最大导通电压3.8 V，可以驱动蓝光LED光源，发光电流I_LED=（U_5V-U_LED）/R1，通过调节限流电阻匹配适合功耗，随着电池电量的消耗，电池的电压会随之下降，此时反馈调节功能会将输出电压稳定在5 V，不会影响光电编码器系统的稳定性，直至电池电压低至2.75 V以下时，触发电池错误故障报警，提示用户更换新的电池。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的光电编码器及电子多圈编码器而言，由于其与实施例公开的蓝光LED光源驱动系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见相应部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本申请所提供的一种蓝光LED光源驱动系统、光电编码器及电子多圈编码器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，包括：输入端模块、升/降压自反馈调节模块和输出调节模块；

其中，所述输入端模块，用于输入低于蓝光LED光源的导通开启电压的电压信号，并进行充放电；

所述升/降压自反馈调节模块，用于根据工作电压区间、输入电压和目标输出电压之间的数值关系，匹配进入升压模式还是降压模式；同时在当前输入电压变化时，根据当前输出电压调节脉冲信号，以使输出电压稳定在所述目标输出电压；

所述输出调节模块，用于将输出电压调节为所述目标输出电压，并输入至所述蓝光LED光源；

其中，所述升/降压自反馈调节模块包括电压监控器、逻辑控制器、脉冲发生器、电压调节电路及电流传感器；

所述电压监控器与所述逻辑控制器相连，所述逻辑控制器与所述脉冲发生器相连，所述脉冲发生器与所述电压调节电路相连，所述电流传感器分别与所述电压调节电路、所述脉冲发生器和输出电压端相连；所述电压调节电路还与输入电压端口相连；

所述电压监控器设置在所述输入电压端口，用于根据当前输入电压与工作电压区间之间的数值关系，确定进入升压模式还是降压模式，同时向所述逻辑控制器发送模式反馈信号；

所述逻辑控制器，用于根据所述模式反馈信号向所述脉冲发生器发送相应的控制信号；

所述脉冲发生器，用于基于所述控制信号，通过向所述电压调节电路发送相应的脉冲信号，以使所述电压调节电路进行升压或降压；

所述电流传感器，用于在所述当前输入电压变化时，将输出电压的实时值发送给所述脉冲发生器，以使所述脉冲发生器通过调节脉冲信号使得输出电压稳定在所述目标输出电压。

2.根据权利要求1所述的蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，所述输入端模块包括电压输入端、输入电容和电感；

所述输入电容一端与所述电压输入端相连，另一端接地；

所述电感一端与所述电压输入端相连，另一端与所述升/降压自反馈调节模块相连。

3.根据权利要求1所述的蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，所述输出调节模块包括串联连接的第一输出电阻和第二输出电阻；

所述第一输出电阻的一端与所述升/降压自反馈调节模块的输出电压端相连，另一端与所述第二输出电阻的一端相连；所述第二输出电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，所述输出调节模块包括并联连接的第一输出电容和第二输出电容；

所述第一输出电容、所述第二输出电容的一端与所述升/降压自反馈调节模块的输出电压端相连，另一端接地。

5.根据权利要求1所述的蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，所述输出调节模块包括电源控制模块；

所述电源控制模块包括第一开关管和限流电阻；

所述第一开关管的漏级与所述升/降压自反馈调节模块的输出电压端相连，源极与所述限流电阻的一端，栅极接入I/O信号，以用于控制开启或关闭所述蓝光LED光源；

所述限流电阻的另一端与所述蓝光LED光源的正极相连，所述蓝光LED光源的负极接地。

6.根据权利要求1所述的蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，所述电压监控器包括第一电压比较器和第二电压比较器；

所述第一电压比较器的正相输入端、所述第二电压比较器的正相输入端连接在所述输入电压端口，所述第一电压比较器的反相输入端连接最大工作电压端，所述第二电压比较器的反相输入端连接最小工作电压端；

所述第一电压比较器的输出端和所述第二电压比较器的输出端均与所述逻辑控制器相连；

所述电压监控器，用于当检测到当前输入电压高于最小工作电压，向所述逻辑控制器输出升压模式信号；当检测到当前输入电压高于最大工作电压，向所述逻辑控制器输出降压模式信号。

7.根据权利要求1所述的蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，还包括运算放大器、开关器和多个分压电阻；

各分压电阻串联连接，第一个分压电阻的一端与输出电压端相连，最后一个分压电阻接地；

所述运算放大器的输出端与所述脉冲发生器相连，正相输入端连接参考电压端，负相输入端连接开关器；

所述开关器的一端连接所述输出调节模块，另一端连接在目标分压电阻的一端；所述目标分压电阻为各分压电阻中的一个分压电阻。

8.根据权利要求1所述的蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，所述电压调节电路还与第二开关管的栅极、第三开关管的栅极相连；

所述第二开关管的漏级与所述电流传感器相连，源极接地；

所述第三开关管的源极与输出电压端相连，漏级与开关控制端相连。

9.根据权利要求1所述的蓝光LED光源驱动系统，其特征在于，还包括保护模块；

所述保护模块分别与所述逻辑控制器和所述电流传感器相连，用于进行逐周期限流保护和过压保护。

10.一种光电编码器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项蓝光LED光源驱动系统。

11.一种电子多圈编码器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项蓝光LED光源驱动系统。

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