CN212435991U - 一种手持式led频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪，包括低压直流电源、直流高压发生子电路、恒流脉冲驱动子电路、PWM脉冲发生单元和LED阵列；低压直流电源的输出端分别与直流高压发生子电路的输入端和恒流脉冲驱动子电路的电源端电性连接，直流高压发生子电路对低压直流电源输入的直流电压进行升压和储能，直流高压发生子电路输出端与LED阵列的正极电性连接；PWM脉冲发生单元的输出端与恒流脉冲驱动子电路的输入端电性连接，恒流脉冲驱动子电路的输出端与LED阵列的负极电性连接；恒流脉冲驱动子电路根据PWM脉冲发生单元输出的PWM波形开启或者关断LED阵列，实现频闪效果。

Description

一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪

技术领域

本实用新型涉及频闪检测仪器技术领域，尤其涉及一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪。

背景技术

频闪仪用于检测被测物体的转速、运动频率或者工作状态，尤其是在不适合直接接触或者高速运转的部件方面具有很大的优势，当频闪仪发出闪动的光的频率与被测物体的转动频率或者振动频率一致时，频闪仪发出的光照射到被测物体表面，使检测者犹如观察到一副静止的图像。使用频闪仪无需粘贴反光元件，也无需停止正在运行的设备，因此非常适合生产过程中的运行检测。

为便于携带，手持式LED频闪仪向着小型化方向发展，其功耗较低、亮度能满足实际检测需求，使用非常灵活。手持式LED频闪仪一般采用锂电池供电，输出电压不高；手持式LED频闪仪使用时，锂电池的输出电压还会随着电量的流逝会逐渐降低，如果不对LED灯珠的电压进行稳定输入，会导致LED灯珠容易出现亮度不均匀，灯珠衰减速度不一致的问题，影响手持式LED频闪仪的检测效果和使用寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种能为LED灯珠提供稳定的电压、LED灯珠亮度一致、改善灯珠衰减速度不一致的手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一方面，本实用新型提供了一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，包括低压直流电源、直流高压发生子电路(1)、恒流脉冲驱动子电路(2)、PWM 脉冲发生单元和LED阵列(3)；低压直流电源的输出端分别与直流高压发生子电路(1)的输入端和恒流脉冲驱动子电路(2)的电源端电性连接，直流高压发生子电路(1)对低压直流电源输入的直流电压进行升压和储能，直流高压发生子电路(1)输出端与LED阵列(3)的正极电性连接；PWM脉冲发生单元的输出端与恒流脉冲驱动子电路(2)的输入端电性连接，恒流脉冲驱动子电路 (2)的输出端与LED阵列(3)的负极电性连接；恒流脉冲驱动子电路(2) 根据PWM脉冲发生单元输出的PWM波形开启或者关断LED阵列(3)。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述直流高压发生子电路(1)包括开关控制器U2、使能单元、充电开关管Q1和若干储能电容，开关控制器U2的引脚5与低压直流电源的输出端电性连接；开关控制器U2的引脚4与充电开关管 Q1的栅极电性连接，充电开关管Q1的源极分别与开关控制器U2的引脚6和地线电性连接；充电开关管Q1的漏极与LED阵列(3)的正极电性连接；充电开关管Q1的漏极输出高压直流信号，且充电开关管Q1的漏极上并联有若干高压储能电容；使能单元可开启或者关闭开关控制器U2。

进一步优选的，所述直流高压发生子电路(1)还包括反馈单元，反馈单元的一端与充电开关管Q1的源极输出端并联，反馈单元的另一端与开关控制器 U2的引脚1电性连接。

更进一步优选的，所述直流高压发生子电路(1)还包括使能单元，使能单元包括启动开关、光耦ISO2和开关管Q4，启动开关与光耦ISO2的引脚1电性连接，光耦ISO2的引脚2和引脚3均接地，光耦ISO2的引脚4分别与低压直流电源的输出端和开关管Q4的栅极电性连接，开关管Q4的源极接地，开关管 Q4的漏极与开关控制器U2的引脚3电性连接。

更进一步优选的，所述恒流脉冲驱动子电路(2)包括射极跟随器单元、电压比较单元和开关管Q2，射极跟随器单元的输出端分别与PWM脉冲发生单元的输出端和电压比较单元的第一输入端并联，电压比较单元的输出端与开关管 Q2的栅极电性连接，开关管Q2的源极分别电流采样电阻的一端和电压比较单元的第二输入端并联，电流采样电阻的另一端接地；开关管Q2的漏极与LED 阵列(3)的负极电性连接；电压比较单元通过其第一输入端和第二输入端的电压的比较结果，并向开关管Q2的栅极输出高电平或者低电平，使开关管Q2开启或者关断。

再进一步优选的，所述射极跟随器单元包括三极管Q3和运放U3B；运放 U3B的电源端与低压直流电源的输出端电性连接；低压直流电源的输出端还通过电阻R9和电阻R10串联分压后输入运放U3B的同相输入端，运放U3B的输出端与三极管Q3的基极电性连接；三极管Q3的发射极分别与电阻R8的一端和运放U3B的反相输入端并联，电阻R8的另一端接地；三极管Q3的集电极分别与PWM脉冲发生单元的输出端和电压比较单元的第一输入端并联。

更进一步的优选的，所述电压比较单元包括运放U3A、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，运放U3A的电源端与低压直流电源的输出端电性连接；运放U3A的同相输入端作为电压比较单元的第一输入端；电阻R11的一端和电阻R12的一端并联后与运放U3A的同相输入端电性连接，电阻R12的另一端接地；电阻R11的另一端与PWM脉冲发生单元的输出端电性连接，PWM脉冲发生单元的输出端发出占空比可调的脉冲信号，使得运放U3A的同相输入端输入脉冲电压信号；电阻R13的两端分别与运放U3A的反相输入端和开关管Q2的源极并联；运放U3A的反相输入端还通过电阻R14与低压直流电源的输出端电性连接；运放U3A的反相输入端作为电压比较单元的第二输入端。

再进一步优选的，所述LED阵列(3)包括若干并联的LED支路，各LED 支路均包括一功率限流电阻R0及若干顺序串联的LED灯珠，各LED支路的功率限流电阻R0的一端并联作为LED阵列(3)的正极与充电开关管Q1的漏极电性连接，功率限流电阻R0的另一端与各顺序串联的LED灯珠的首个LED的灯珠的正极电性连接，各LED支路顺序串联的LED灯珠的末端LED灯珠的负极均并联后作为LED阵列(3)的负极与恒流脉冲驱动子电路(2)的输出端电性连接。

另一方面，本实用新型还提供了一种频闪仪，包括壳体、手柄、显示屏、调节按钮，以及如上所述的手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路；手持式LED 频闪仪高压恒流驱动电路的低压直流电源、直流高压发生子电路(1)、恒流脉冲驱动子电路(2)、PWM脉冲发生单元均设置在壳体内；所述壳体一端设置有开口部，LED阵列(3)设置在开口部且发光部外朝外；壳体远离开口部的一端设置有显示屏和调节按钮；壳体表面固定设置有手柄，启动开关嵌设在手柄上。

本实用新型提供的一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪，相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过将锂电池提供的低压直流变换为高压直流，进行储能并为LED阵列的正极和提供稳定的工作电压，随后通过恒流脉冲驱动子电路将 PWM脉冲发生单元发出的脉冲信号进行变换后作为LED阵列点亮或者关闭的控制信号，控制LED阵列的频闪亮度和频率；通过高压恒压和脉冲恒流措施，提高了LED阵列的驱动电压值，尽可能增加LED阵列每组LED灯珠数量，克服多LED灯珠性能衰减速率不一致可能导致的仪器使用寿命缩短的问题，并且对锂电池的输出电压变化不敏感；

(2)开关控制器U2可根据其引脚6和引脚1的检测信号和反馈信号，自动调节充电开关管Q1的开度，使得其持续为高压储能电容充电，保证LED阵列正极电压的稳定；

(3)启动开关能输出开关控制器U2的使能工作信号，切换手持式LED频闪仪的工作状态；

(4)射极跟随器单元输出电阻很低，电压放大倍数接近于1，能为后级提供较大的带负载能力，稳定电压比较单元的同相输入端的电压的目的；

(5)恒流脉冲驱动子电路通过可调节的PWM信号；其高电平时LED阵列导通发光，低电平时LED阵列关断，调节PWM的频率和占空比可调整LED阵列的亮度和闪烁频率；通过恒流脉冲驱动子电路，可保证LED阵列点亮时的稳定性，保证LED阵列发光时不受低压直流电源电压波动的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪的电路结构框图；

图2为本实用新型一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪的直流高压发生子电路的接线图；

图3为本实用新型一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪的恒流脉冲驱动子电路的接线图；

图4为本实用新型一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路及频闪仪的 LED阵列的一种结构的接线图；

图5为应用了本实用新型一种手持式LED高压恒流驱动电路及频闪仪的频闪仪的立体图；

图6为应用了本实用新型一种手持式频闪仪LED高压恒流驱动电路及频闪仪的频闪仪的另一视角的立体图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一方面，本实用新型提供了本实用新型提供了一种手持式LED 频闪仪高压恒流驱动电路，包括低压直流电源、直流高压发生子电路1、恒流脉冲驱动子电路2、PWM脉冲发生单元和LED阵列3；低压直流电源的输出端分别与直流高压发生子电路1的输入端和恒流脉冲驱动子电路2的电源端电性连接，直流高压发生子电路1对低压直流电源输入的直流电压进行升压和储能，直流高压发生子电路1输出端与LED阵列3的正极电性连接；PWM脉冲发生单元的输出端与恒流脉冲驱动子电路2的输入端电性连接，恒流脉冲驱动子电路2的输出端与LED阵列3的负极电性连接；恒流脉冲驱动子电路2根据PWM 脉冲发生单元输出的PWM波形开启或者关断LED阵列3。

低压直流电源通常为锂电池，其输出电压为10—15VDC，参见附图中的标记DC_L，其可为直流高压发生子电路1、恒流脉冲驱动子电路2或者PWM脉冲发生单元提供工作电压。

直流高压发生子电路1将低压直流电源输入的电压进行升压，提升到150 —200VDC，供LED阵列3驱动用。

如图2所示，直流高压发生子电路1包括开关控制器U2、使能单元、充电开关管Q1和若干储能电容，低压直流电源的输出端经电阻R2和电容C1滤波后输入开关控制器U2的引脚5中；开关控制器U2的引脚4与充电开关管Q1 的栅极电性连接，充电开关管Q1的源极分别与开关控制器U2的引脚6和地线电性连接；充电开关管Q1的漏极与LED阵列3的正极电性连接；充电开关管 Q1的漏极输出高压直流信号，且充电开关管Q1的漏极上并联有若干高压储能电容；使能单元可开启或者关闭开关控制器U2，开关控制器U2启动后，会使充电开关管Q1处于工作状态，持续为电感L1充电。如图所示，图中电感L1 为充电电感，电容C9、C10、C11和C12均为高压储能电容。二极管D2可吸收反向电压。充电开关管Q1的导通时间越长，电感L1上储存的能量就越多，当充电开关管Q1由导通切换为截止状态时，电感L1的能量会通过二极管D2储存在高压储能电容中。

使能单元包括启动开关、光耦ISO2和开关管Q4，启动开关与光耦ISO2的引脚1电性连接，光耦ISO2的引脚2和引脚3均接地，光耦ISO2的引脚4分别与低压直流电源的输出端和开关管Q4的栅极电性连接，开关管Q4的源极接地，开关管Q4的漏极与开关控制器U2的引脚3电性连接。当按下启动开关时，光耦ISO2导通，电阻R19和开关管Q4的栅极有触发信号，开关管Q4启动并输出使能信号POW_EN，使得开关控制器U2开始工作，驱动充电开关管Q1进行储能和升压过程。

直流高压发生子电路1还包括反馈单元，反馈单元的一端与充电开关管Q1 的源极输出端并联，反馈单元的另一端与开关控制器U2的引脚1电性连接。其通过电阻R5和电阻R6串联分压后作为采样值返回开关控制器U2的引脚1中。当充电开关管Q1的源极输出电压达到设定值150—200VDC时，开关控制器U2 自动关断充电开关管Q1。

如图3所示，恒流脉冲驱动子电路2包括射极跟随器单元、电压比较单元和开关管Q2，射极跟随器单元的输出端分别与PWM脉冲发生单元的输出端和电压比较单元的第一输入端并联，电压比较单元的输出端与开关管Q2的栅极电性连接，开关管Q2的源极分别电流采样电阻的一端和电压比较单元的第二输入端并联，电流采样电阻的另一端接地；开关管Q2的漏极与LED阵列3的负极电性连接；电压比较单元通过其第一输入端和第二输入端的电压的比较结果，并向开关管Q2的栅极输出高电平或者低电平，使开关管Q2开启或者关断。PWM 脉冲发生单元可以是独立的PWM发生器，也可以是MCU的PWM输出端口。当PWM脉冲发生单元输出时，其将光耦ISO1间断导通，使得光耦ISO1的输出端经二极管D3稳压后，持续输出脉冲电压波形。脉冲电压的频率即为LED 阵列3的闪动频率，脉冲电压的占空比决定了LED阵列3的频闪亮度。该脉冲电压也是射极跟随器单元的输出电压。

其中，射极跟随器单元包括三极管Q3和运放U3B；运放U3B的电源端与低压直流电源的输出端电性连接；低压直流电源的输出端还通过电阻R9和电阻 R10串联分压后输入运放U3B的同相输入端，运放U3B的输出端与三极管Q3 的基极电性连接；三极管Q3的发射极分别与电阻R8的一端和运放U3B的反相输入端并联，电阻R8的另一端接地；三极管Q3的集电极分别与PWM脉冲发生单元的输出端和电压比较单元的第一输入端并联。射极跟随器单元输出电阻很低，电压放大倍数接近于1，能为后级的电压比较单元提供较大的带负载能力。

电压比较单元包括运放U3A、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，运放U3A的电源端与低压直流电源的输出端电性连接；运放U3A的同相输入端作为电压比较单元的第一输入端；电阻R11的一端和电阻R12的一端并联后与运放U3A的同相输入端电性连接，电阻R12的另一端接地；电阻R11的另一端与PWM脉冲发生单元的输出端电性连接，PWM脉冲发生单元的输出端发出占空比可调的脉冲信号，使得运放U3A的同相输入端输入脉冲电压信号；电阻R13 的两端分别与运放U3A的反相输入端和开关管Q2的源极并联；运放U3A的反相输入端还通过电阻R14与低压直流电源的输出端电性连接；运放U3A的反相输入端作为电压比较单元的第二输入端。LED阵列3流出的电流经过开关管Q2 的源极，并经过小阻值采样电阻R17和R18进行电流采样，采样电流经过电阻 R13变化为反馈电压，输入运放U3A的脉冲电压与反馈电压进行比较，使得运放U3A输出高低电平，使开关管Q2交替的开启和关断，实现LED阵列3的频闪效果。本实用新型采用了恒流脉冲驱动子电路2，可以保证LED阵列3的发光强度不受低压直流电源电压波动的影响，频闪仪可提供更为稳定的观察效果。

如图4所示，LED阵列3包括若干并联的LED支路，各LED支路均包括一功率限流电阻R0及若干顺序串联的LED灯珠，各LED支路的功率限流电阻 R0的一端并联作为LED阵列3的正极与充电开关管Q1的漏极电性连接，功率限流电阻R0的另一端与各顺序串联的LED灯珠的首个LED的灯珠的正极电性连接，各LED支路顺序串联的LED灯珠的末端LED灯珠的负极均并联后作为 LED阵列3的负极与恒流脉冲驱动子电路2的输出端电性连接。对于LED灯珠导通压降、发光亮度及性能衰减速率的离散性等引起的这类频闪仪照明均匀度、使用寿命短等缺陷，采取提高各支路LED灯珠串的驱动电压值，尽可能增加各支路每组LED灯珠数量。需要说明的是，各LED支路LED灯珠串联的灯珠数量是可以变化的，每条支路上所有单个LED点亮时的平均压降累加后得到的电压，即为直流高压发生子电路1的输出电压，可根据实际需要进行调节。

如图5—图6所示，本实用新型还具体的提供了一种频闪仪结构，其包括中空的壳体、手柄、显示屏、调节按钮，以及如上所述的手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路；手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路的低压直流电源、直流高压发生子电路1、恒流脉冲驱动子电路2、PWM脉冲发生单元均设置在壳体内；所述壳体一端设置有开口部，LED阵列3设置在开口部且发光部外朝外；壳体远离开口部的一端设置有显示屏和调节按钮；壳体表面固定设置有手柄，启动开关嵌设在手柄上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，其特征在于：包括低压直流电源、直流高压发生子电路(1)、恒流脉冲驱动子电路(2)、PWM脉冲发生单元和LED阵列(3)；低压直流电源的输出端分别与直流高压发生子电路(1)的输入端和恒流脉冲驱动子电路(2)的电源端电性连接，直流高压发生子电路(1)对低压直流电源输入的直流电压进行升压和储能，直流高压发生子电路(1)输出端与LED阵列(3)的正极电性连接；PWM脉冲发生单元的输出端与恒流脉冲驱动子电路(2)的输入端电性连接，恒流脉冲驱动子电路(2)的输出端与LED阵列(3)的负极电性连接；恒流脉冲驱动子电路(2)根据PWM脉冲发生单元输出的PWM波形开启或者关断LED阵列(3)。

2.如权利要求1所述的一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，其特征在于：所述直流高压发生子电路(1)包括开关控制器U2、使能单元、充电开关管Q1和若干储能电容，开关控制器U2的引脚5与低压直流电源的输出端电性连接；开关控制器U2的引脚4与充电开关管Q1的栅极电性连接，充电开关管Q1的源极分别与开关控制器U2的引脚6和地线电性连接；充电开关管Q1的漏极与LED阵列(3)的正极电性连接；充电开关管Q1的漏极输出高压直流信号，且充电开关管Q1的漏极上并联有若干高压储能电容；使能单元可开启或者关闭开关控制器U2。

3.如权利要求2所述的一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，其特征在于：所述直流高压发生子电路(1)还包括反馈单元，反馈单元的一端与充电开关管Q1的漏极输出端并联，反馈单元的另一端与开关控制器U2的引脚1电性连接。

4.如权利要求2所述的一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，其特征在于：所述直流高压发生子电路(1)还包括使能单元，使能单元包括启动开关、光耦ISO2和开关管Q4，启动开关与光耦ISO2的引脚1电性连接，光耦ISO2的引脚2和引脚3均接地，光耦ISO2的引脚4分别与低压直流电源的输出端和开关管Q4的栅极电性连接，开关管Q4的源极接地，开关管Q4的漏极与开关控制器U2的引脚3电性连接。

5.如权利要求2所述的一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，其特征在于：所述恒流脉冲驱动子电路(2)包括射极跟随器单元、电压比较单元和开关管Q2，射极跟随器单元的输出端分别与PWM脉冲发生单元的输出端和电压比较单元的第一输入端并联，电压比较单元的输出端与开关管Q2的栅极电性连接，开关管Q2的源极分别电流采样电阻的一端和电压比较单元的第二输入端并联，电流采样电阻的另一端接地；开关管Q2的漏极与LED阵列(3)的负极电性连接；电压比较单元通过其第一输入端和第二输入端的电压的比较结果，并向开关管Q2的栅极输出高电平或者低电平，使开关管Q2开启或者关断。

6.如权利要求5所述的一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，其特征在于：所述射极跟随器单元包括三极管Q3和运放U3B；运放U3B的电源端与低压直流电源的输出端电性连接；低压直流电源的输出端还通过电阻R9和电阻R10串联分压后输入运放U3B的同相输入端，运放U3B的输出端与三极管Q3的基极电性连接；三极管Q3的发射极分别与电阻R8的一端和运放U3B的反相输入端并联，电阻R8的另一端接地；三极管Q3的集电极分别与PWM脉冲发生单元的输出端和电压比较单元的第一输入端并联。

7.如权利要求6所述的一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，其特征在于：所述电压比较单元包括运放U3A、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，运放U3A的电源端与低压直流电源的输出端电性连接；运放U3A的同相输入端作为电压比较单元的第一输入端；电阻R11的一端和电阻R12的一端并联后与运放U3A的同相输入端电性连接，电阻R12的另一端接地；电阻R11的另一端与PWM脉冲发生单元的输出端电性连接，PWM脉冲发生单元的输出端发出占空比可调的脉冲信号，使得运放U3A的同相输入端相应输入脉冲电压信号；电阻R13的两端分别与运放U3A的反相输入端和开关管Q2的源极并联；运放U3A的反相输入端还通过电阻R14与低压直流电源的输出端电性连接；运放U3A的反相输入端作为电压比较单元的第二输入端。

8.如权利要求5所述的一种手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路，其特征在于：所述LED阵列(3)包括若干并联的LED支路，各LED支路均包括一功率限流电阻R0及若干顺序串联的LED灯珠，各LED支路的功率限流电阻R0的一端并联作为LED阵列(3)的正极与充电开关管Q1的漏极电性连接，功率限流电阻R0的另一端与各顺序串联的LED灯珠的首个LED的灯珠的正极电性连接，各LED支路顺序串联的LED灯珠的末端LED灯珠的负极均并联后作为LED阵列(3)的负极与恒流脉冲驱动子电路(2)的输出端电性连接。

9.一种频闪仪，包括壳体、手柄、显示屏和调节按钮，其特征在于：还包括权利要求4—8任一项所述的手持式LED频闪仪高压恒流驱动电路；低压直流电源、直流高压发生子电路(1)、恒流脉冲驱动子电路(2)、PWM脉冲发生单元均设置在壳体内；所述壳体一端设置有开口部，LED阵列(3)设置在开口部且发光部位朝外；壳体远离开口部的一端设置有显示屏和调节按钮；壳体表面固定设置有手柄，启动开关嵌设在手柄上。

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