RU2817029C2 - Light-emitter drive circuit, optical meter comprising light-emitter drive circuit, valuable document inspection device and method for driving light-emitting load by means of light-emitter drive circuit - Google Patents
Light-emitter drive circuit, optical meter comprising light-emitter drive circuit, valuable document inspection device and method for driving light-emitting load by means of light-emitter drive circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817029C2 RU2817029C2 RU2022103542A RU2022103542A RU2817029C2 RU 2817029 C2 RU2817029 C2 RU 2817029C2 RU 2022103542 A RU2022103542 A RU 2022103542A RU 2022103542 A RU2022103542 A RU 2022103542A RU 2817029 C2 RU2817029 C2 RU 2817029C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- control
- output
- light
- input
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 238000007689 inspection Methods 0.000 title description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 53
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 39
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 30
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 22
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 19
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 18
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 17
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 125000004122 cyclic group Chemical class 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 4
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 230000008672 reprogramming Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000016776 visual perception Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Настоящее изобретение относится к схеме возбуждения светоизлучателей, оптическому измерителю, содержащему схему возбуждения светоизлучателей, устройству для проверки ценных документов и способу приведения в действие светоизлучательной нагрузки посредством схемы возбуждения светоизлучателей.The present invention relates to a light emitter driving circuit, an optical meter including a light emitter driving circuit, an apparatus for checking valuable documents, and a method for driving a light emitting load by means of the light emitter driving circuit.
Уровень техникиState of the art
Схема возбуждения светоизлучателей или оптического измерителя представляет собой, например, компонент системы в машине для обработки банкнот, предназначенный для распознавания машиночитаемых признаков. Например, машиночитаемые признаки используются в ценных документах (ценных бумагах), таких как банкноты, заграничные паспорта или удостоверения личности (которые далее также называются объектами измерения), для получения возможности подтверждения подлинности объекта измерения. При этом объект измерения облучается быстропереключаемыми и мощными световыми вспышками и выполняется оценка характерной реакции (отклика) объекта измерения на эти световые вспышки. С помощью такого способа можно надежно обнаружить подделку объектов измерения, т.е. ценных документов.The light emitter or optical meter drive circuit is, for example, a system component in a banknote processing machine for recognizing machine-readable features. For example, machine-readable features are used in valuable documents (securities), such as banknotes, passports or identity cards (hereinafter also called measurement objects), to be able to confirm the authenticity of the measurement object. In this case, the measurement object is irradiated with quickly switched and powerful light flashes, and the characteristic reaction (response) of the measurement object to these light flashes is assessed. Using this method, you can reliably detect counterfeit measurement objects, i.e. valuable documents.
Предлагаемое в изобретении устройство для проверки ценных документов предназначено для проверки большого количества объектов измерения за максимально короткое время. Для этого в машинах для обработки банкнот требуется скорость транспортировки и обработки, составляющая несколько метров в секунду, в частности от 1 до 12 м/с. Такие скорости обработки для проверки объекта измерения, на который затем воздействуют несколькими вспышками света, предъявляют высокие требования к генерации этих вспышек.The device proposed in the invention for checking valuable documents is intended for checking a large number of measurement objects in the shortest possible time. For this purpose, banknote processing machines require transport and processing speeds of several meters per second, in particular from 1 to 12 m/s. Such processing speeds for checking a measurement object, which is then exposed to several flashes of light, place high demands on the generation of these flashes.
Освещение проверяемых объектов измерения осуществляется с помощью по меньшей мере одного светоизлучателя, в частности светоизлучающего диода (СИД). Для приведения в действие светоизлучательных нагрузок обычно используются схемы возбуждения светоизлучателей с импульсными регуляторами. Главная задача в этом случае состоит в приведении в действие светоизлучательной нагрузки при низкой пульсации тока и снижении напряжения, необходимого для управления светоизлучательной нагрузкой, с целью уменьшения ненужной потери мощности.Illumination of the measured objects under test is carried out using at least one light emitter, in particular a light-emitting diode (LED). To drive light-emitting loads, light emitter excitation circuits with switching regulators are usually used. The main objective in this case is to drive the light-emitting load at low current ripple and reducing the voltage required to drive the light-emitting load in order to reduce unnecessary power loss.
В публикациях KR 20090060878 А и KR 101028860 В1 предлагаются схемы возбуждения СИД для осветительных приборов. Представленные варианты сосредоточены на применении широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в схемах возбуждения СИД, позволяющей эффективно регулировать яркость при неизменном токе СИД и постоянной длине волны СИД. Ни одна из этих схем не подходит для генерации требуемого значения переменного пульсирующего тока СИД-нагрузки.Publications KR 20090060878 A and KR 101028860 B1 propose LED drive circuits for lighting devices. The presented options focus on the use of pulse width modulation (PWM) in LED drive circuits, allowing efficient brightness control at a constant LED current and constant LED wavelength. None of these circuits are suitable for generating the required amount of alternating ripple current from the LED load.
В отсутствие режима ШИМ ни одна из схем не может обеспечить требуемое значение пульсирующего тока СИД-нагрузки для достижения установившегося состояния этой схемы сразу после включения, то есть подачи рабочего напряжения. Ни одна из схем с режимом ШИМ не может обеспечить требуемое значение пульсирующего тока СИД-нагрузки для достижения установившегося состояния этой схемы сразу после подачи управляющих импульсов ШИМ.In the absence of PWM mode, none of the circuits can provide the required value of ripple current to the LED load to achieve the steady state of this circuit immediately after switching on, that is, applying the operating voltage. None of the PWM circuits can provide the required amount of ripple current to the LED load to achieve a steady state for the circuit immediately after the PWM control pulses are applied.
В публикации US 2009/0187925 А1 описана схема возбуждения СИД, которая подает постоянный ток на все последовательно соединенные СИДы и обеспечивает равномерное освещение и оптимальную эффективность работы при низкой стоимости в широком диапазоне входного/выходного напряжения и температуры. Кратковременные изменения напряжения в ветви СИД, например предусмотренные при работе в режиме пульсирующего тока, привели бы к изменению тока СИД. Поэтому данная схема не подходит для работы в импульсном режиме.US 2009/0187925 A1 describes an LED drive circuit that supplies constant current to all LEDs connected in series and provides uniform illumination and optimal operating efficiency at low cost over a wide range of input/output voltage and temperature. Short-term voltage changes in the LED leg, such as those provided for in pulsating current operation, would result in a change in LED current. Therefore, this circuit is not suitable for operation in pulse mode.
Кроме того, известны спецификации схем возбуждения СИД, например схема LM3464 компании Texas Instruments или схема ZXLD1362 компании Zetex Semiconductors. Судя по всему, эти технические решения позволяют свести к минимуму падение напряжения сток-исток МОП-транзистора с целью минимизации потребляемой мощности. Однако ни одно из представленных решений не подходит для импульсного режима работы СИД-нагрузки, особенно когда изменяющиеся последовательности импульсов, например чередующихся по высоте, используются для регистрации атрибутов объекта измерения путем излучения света посредством схемы возбуждения СИД оптического измерителя или устройства для проверки ценных документов.In addition, specifications for LED drive circuits are known, such as the LM3464 circuit from Texas Instruments or the ZXLD1362 circuit from Zetex Semiconductors. Apparently, these technical solutions can minimize the drain-source voltage drop of the MOSFET in order to minimize power consumption. However, none of the presented solutions are suitable for pulsed operation of an LED load, especially when varying pulse trains, such as those alternating in height, are used to record attributes of a measurement object by emitting light through the LED drive circuit of an optical meter or valuable document verification device.
В основе настоящего изобретения лежит задача реализации высокоэффективной работы светоизлучательной нагрузки, в частности СИД-нагрузки, в которой осуществляется управление изменением напряжения импульсного регулятора. При этом должны быть работоспособными разные светоизлучательные нагрузки. Количество и тип используемых светоизлучателей не должны ограничиваться. Кроме того, номинальные различия прямого напряжения светоизлучателей и флуктуации этого напряжения во время работы должны компенсироваться энергоэффективным способом. Например, деградация или разогрев СИД-нагрузки, применение быстрых, даже циклически изменяющихся последовательностей импульсов (как это требуется, например, в устройстве для проверки ценных документов), не должны оказывать никакого влияния на потребляемую мощность схемы возбуждения светоизлучателей. В данном случае циклически изменяющаяся последовательность импульсов представляет собой последовательность импульсов тока, которые могут иметь, в частности, разные значения длительности, паузы между двумя импульсами и силы тока, повторяющиеся через фиксированные промежутки времени.The present invention is based on the task of implementing highly efficient operation of a light-emitting load, in particular an LED load, in which the change in voltage of a switching regulator is controlled. In this case, different light-emitting loads must be operational. The number and type of light emitters used should not be limited. In addition, the nominal differences in the forward voltage of the light emitters and fluctuations in this voltage during operation must be compensated for in an energy-efficient manner. For example, degradation or heating of the LED load, the use of fast, even cyclically changing pulse sequences (as is required, for example, in a device for checking valuable documents), should not have any effect on the power consumption of the light emitter excitation circuit. In this case, the cyclically varying pulse sequence is a sequence of current pulses, which can have, in particular, different durations, pauses between two pulses and current strengths, repeating at fixed intervals.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Указанная задача решается с помощью признаков, описанных в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.This problem is solved using the features described in the independent claims of the invention. Preferred embodiments of the invention are given in the dependent claims.
В изобретении предлагается схема возбуждения светоизлучателей. Схема возбуждения светоизлучателей включает в себя импульсный регулятор, содержащий вход по напряжению для подачи входного напряжения, выход по напряжению для вывода регулируемого выходного напряжения, предназначенного для приведения в действие светоизлучательной нагрузки, и вход управления для подачи управляющего напряжения, предназначенного для регулирования уровня выходного напряжения.The invention proposes a circuit for excitation of light emitters. The light emitter drive circuit includes a switching regulator containing a voltage input for supplying an input voltage, a voltage output for outputting an adjustable output voltage for driving the light-emitting load, and a control input for supplying a control voltage for regulating the output voltage level.
В качестве светоизлучательной нагрузки предусмотрен по меньшей мере один управляемый светоизлучатель. Светоизлучательная нагрузка предпочтительно представляет собой светодиод, также известный как светоизлучающий диод (СИД), или несколько светодиодов, соединенных последовательно или параллельно друг с другом. Также возможно параллельное соединение нескольких последовательных цепей СИД (СИД-ветви). В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения светоизлучательная нагрузка включает в себя по меньшей мере один другой полупроводниковый источник света, основанный на том же принципе действия, например лазерный диод, светоизлучающий диод с объемным резонатором, сокращенно ОР-СИД, или органический светоизлучающий диод, сокращенно ОСИД. Другие нагрузки, такие как лампы накаливания, двигатели или термоэлектрические элементы, также могут благоприятным образом приводиться в действие формирователем тока возбуждения, предлагаемым в изобретении.At least one controllable light emitter is provided as a light-emitting load. The light-emitting load is preferably an LED, also known as a light-emitting diode (LED), or a plurality of LEDs connected in series or parallel with each other. It is also possible to connect several series LED circuits in parallel (LED branches). In yet another preferred embodiment of the invention, the light-emitting load includes at least one other semiconductor light source based on the same principle of operation, for example a laser diode, a cavity light-emitting diode, abbreviated OR-LED, or an organic light-emitting diode, abbreviated OLED . Other loads, such as incandescent lamps, motors or thermoelectric elements, can also advantageously be driven by the excitation current driver of the invention.
Импульсный регулятор - это регулятор напряжения, представляющий собой основу для эффективного энергоснабжения нагрузки, в данном случае светоизлучательной нагрузки, с помощью периодически подключаемого электронного переключательного элемента и по меньшей мере одного накопителя энергии, например емкостного и/или индуктивного. Импульсный регулятор может содержать блок выпрямления.A switching regulator is a voltage regulator that provides the basis for efficiently supplying power to a load, in this case a light-emitting load, using an intermittently connected electronic switching element and at least one energy storage device, such as capacitive and/or inductive. The switching regulator may contain a rectification unit.
Импульсный регулятор регулирует входное напряжение, подаваемое (подводимое) на его вход по напряжению, например переменное или постоянное входное напряжение, до получения выходного постоянного напряжения, снимаемого (выводимого, доступного) на выходе по напряжению этого импульсного регулятора и называемого также выходным напряжением. Выходное постоянное напряжение предпочтительно имеет более высокий или более низкий уровень либо является инвертированным по сравнению с входным напряжением.A switching regulator regulates the input voltage supplied (supplied) to its voltage input, such as AC or DC input voltage, to obtain a DC output voltage, removed (output, available) at the voltage output of this switching regulator and also called output voltage. The DC output voltage is preferably higher, lower or inverted compared to the input voltage.
В качестве импульсного регулятора используется, например, регулятор постоянного напряжения, также называемый DC/DC-регулятором, или регулятором постоянного тока (англ. DC = Direct Current - постоянный ток), который регулирует входное постоянное напряжение, подаваемое на вход по напряжению импульсного регулятора, в выходное постоянное напряжение, которое может быть выведено на выход по напряжению импульсного регулятора и имеет более высокий (англ. Buck-Boost Converter - комбинированный преобразователь) или более низкий (англ. Buck Converter - понижающий преобразователь) уровень либо является инвертированным.As a switching regulator, for example, a constant voltage regulator is used, also called a DC/DC regulator, or a DC regulator (English DC = Direct Current), which regulates the input constant voltage supplied to the voltage input of the switching regulator, into an output DC voltage, which can be output to the voltage output of a switching regulator and has a higher (English Buck-Boost Converter - combined converter) or lower (English Buck Converter - step-down converter) level or is inverted.
В качестве импульсного регулятора предпочтительно используется понижающий преобразователь. Понижающий преобразователь регулирует входное напряжение, подаваемое на вход импульсного регулятора, до получения выходного напряжения, подаваемого на выход импульсного регулятора и имеющего более низкий уровень по сравнению с подаваемым входным напряжением.A buck converter is preferably used as a switching regulator. The buck converter regulates the input voltage supplied to the input of the switching regulator until the output voltage is applied to the output of the switching regulator and has a lower level compared to the applied input voltage.
Импульсный регулятор содержит вход управления для приложения (подачи) управляющего напряжения. Это управляющее напряжение задает уровень выдаваемого выходного напряжения импульсного регулятора. Поэтому уровень выходного напряжения зависит от управляющего напряжения (= сродства). Уровень управляющего напряжения является инъективным, предпочтительно - инъективным монотонно возрастающим/убывающим, а в частном случае - биективно отображаемым в выходном напряжении. Таким образом, изменение управляющего напряжения однозначно преобразуется в изменение выходного напряжения с помощью импульсного регулятора. Эта зависимость предпочтительно является линейной или логарифмической. Падение выходного напряжения возможно только при разрядке накопителя энергии импульсного регулятора, то есть при прохождении тока из последнего.The switching regulator contains a control input for applying (supplying) control voltage. This control voltage sets the level of the output voltage of the switching regulator. Therefore, the output voltage level depends on the control voltage (= affinity). The control voltage level is injective, preferably injective monotonically increasing/decreasing, and in a particular case, bijectively displayed in the output voltage. Thus, a change in control voltage is uniquely converted into a change in output voltage using a switching regulator. This relationship is preferably linear or logarithmic. A drop in the output voltage is possible only when the energy storage device of the pulse regulator is discharged, that is, when current flows from the latter.
Выходное напряжение, которое может быть получено на выходе по напряжению импульсного регулятора, изменяется предпочтительно линейно в зависимости от управляющего напряжения, подаваемого на вход управления. Наклон этой линейной функции называется коэффициентом пропорциональности. В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения коэффициент пропорциональности является отрицательным, так что выходное напряжение уменьшается при увеличении управляющего напряжения. Это обеспечивает особенно простое управление импульсным регулятором.The output voltage that can be obtained from the voltage output of the switching regulator varies preferably linearly depending on the control voltage applied to the control input. The slope of this linear function is called the proportionality coefficient. In a particularly preferred embodiment of the invention, the proportionality coefficient is negative, so that the output voltage decreases as the control voltage increases. This makes the switching regulator particularly easy to operate.
Предлагаемая в изобретении схема возбуждения светоизлучателей включает в себя, кроме того, источник тока, содержащий переключательный элемент и управляемый напряжением компонент, расположенный последовательно со светоизлучательной нагрузкой, причем на управляющий вывод переключательного элемента подается импульсный сигнал, причем в интервале формирования импульсного сигнала переключательный элемент переключается в первое состояние переключения, в котором управляющий вывод компонента, управляемого напряжением, соединен с источником напряжения, а в интервале паузы импульсного сигнала переключательный элемент переключается во второе состояние переключения, в котором управляющий вывод компонента, управляемого напряжением, не соединен с источником напряжения.The light emitter excitation circuit proposed in the invention also includes a current source containing a switching element and a voltage-controlled component located in series with the light-emitting load, and a pulse signal is supplied to the control terminal of the switching element, and in the interval of generation of the pulse signal, the switching element is switched to a first switching state in which the control terminal of the voltage-controlled component is connected to the voltage source, and in a pause interval of the pulse signal, the switching element is switched to a second switching state in which the control terminal of the voltage-controlled component is not connected to the voltage source.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения во втором состоянии переключения переключательного элемента управляющий вывод компонента, управляемого напряжением, подключен к опорному потенциалу, так что возможно имеющиеся заряды стекают с компонента, управляемого напряжением.In one preferred embodiment of the invention, in the second switching state of the switching element, the control terminal of the voltage-controlled component is connected to a reference potential so that any existing charges are drained from the voltage-controlled component.
Использование термина "источник тока" вместо также применимого термина "токовый сток" для этого компонента схемы возбуждения светоизлучателей является произвольным. Следует отметить, что выбор соответствующего термина определяется только направлением тока на выходе источника тока/токового стока. Так, источник тока выдает выходной ток, тогда как при обратном направлении тока тот же компонент назывался бы токовым стоком. Поскольку используемый здесь источник тока включен последовательно со светоизлучательной нагрузкой, выбор термина "источник тока" или "токовый сток" зависит только от фактического положения светоизлучательной нагрузки относительно источника тока/токового стока. Поскольку в соответствии с изобретением фактическое положение не является ограничивающим, термин "источник тока" может использоваться синонимично термину "токовый сток". В настоящем описании для этого компонента схемы возбуждения светоизлучателей используется термин "источник тока".The use of the term "current source" instead of the also applicable term "current sink" for this component of the light emitter drive circuit is arbitrary. It should be noted that the choice of the appropriate term is determined only by the direction of the current at the output of the current source/current sink. Thus, a current source produces an output current, whereas if the current flow was reversed, the same component would be called a current sink. Since the current source used here is in series with the light-emitting load, the choice of the term "current source" or "current drain" depends only on the actual position of the light-emitting load relative to the current source/current sink. Since the actual position is not limiting according to the invention, the term "current source" can be used synonymously with the term "current sink". In the present description, the term "current source" is used for this component of the light emitter driving circuit.
Источник тока представляет собой активный двухполюсник в схеме возбуждения светоизлучателей, который выдает электрический ток в точке его подключения к светоизлучательной нагрузке. При этом сила выдаваемого тока лишь незначительно или, в идеальном случае, вообще не зависит от электрического напряжения в точке подключения, так что электрический ток практически не зависит от подключенной светоизлучательной нагрузки (подключенного потребителя). Например, при изменении напряжения на 1 В ток изменяется всего на 0,1%. Источник тока включен последовательно со светоизлучательной нагрузкой, так что ток, выдаваемый источником тока, представляет собой ток через светоизлучательную нагрузку.The current source is an active two-terminal network in the excitation circuit of light emitters, which produces electric current at the point of its connection to the light-emitting load. In this case, the strength of the supplied current is only slightly or, ideally, not at all dependent on the electrical voltage at the connection point, so that the electric current is practically independent of the connected light-emitting load (connected consumer). For example, when the voltage changes by 1 V, the current changes by only 0.1%. The current source is connected in series with the light-emitting load, such that the current supplied by the current source is the current through the light-emitting load.
Источник тока содержит переключательный элемент, например электронный переключатель, электромеханический переключатель или механический переключатель. Предпочтительным является использование электронного, например полупроводникового, переключателя. Переключательный элемент переводится из первого состояния переключения (например, замкнутого) во второе состояние переключения (например, разомкнутое) посредством импульсного сигнала на его управляющем выводе. В интервале формирования импульсного сигнала переключательный элемент переключается в первое состояние переключения. В интервале паузы импульсного сигнала переключательный элемент переключается во второе состояние переключения. В первом состоянии переключения переключательного элемента источник тока переключается в активное состояние, а во втором состоянии переключения импульсного сигнала источник тока переключается в неактивное состояние. Импульсный сигнал, предпочтительно двоичный сигнал переключения, подается на управляющий вывод переключательного элемента (например, вывод затвора переключающего транзистора). Импульсный сигнал представляет собой, например, выходной сигнал микроконтроллера, подключенного к управляющему выводу переключательного элемента.The current source contains a switching element, such as an electronic switch, an electromechanical switch, or a mechanical switch. Preferably, an electronic switch, such as a semiconductor switch, is used. The switching element is switched from a first switching state (eg, closed) to a second switching state (eg, open) by means of a pulse signal at its control terminal. In the pulse signal generation interval, the switching element is switched to the first switching state. During the pause interval of the pulse signal, the switching element switches to the second switching state. In the first switching state of the switching element, the current source is switched to an active state, and in the second switching state of the pulse signal, the current source is switched to an inactive state. A pulse signal, preferably a binary switching signal, is applied to a control terminal of the switching element (eg, the gate terminal of a switching transistor). The pulse signal is, for example, the output signal of a microcontroller connected to the control terminal of the switching element.
Переключательный элемент импульсного регулятора отличается от переключательного элемента источника тока и управляется, независимо от последнего, посредством импульсного сигнала, генерируемого в самом импульсном регуляторе.The switching element of the switching regulator is different from the switching element of the current source and is controlled, independently of the latter, by means of a pulse signal generated in the switching regulator itself.
Помимо переключательного элемента, источник тока также содержит управляемый напряжением компонент, предпочтительно полевой транзистор, сокращенно МОП. Первый вывод переключательного элемента источника тока соединен с управляющим выводом компонента, управляемого напряжением. В первом состоянии переключения переключательного элемента управляющий вывод компонента, управляемого напряжением, соединен с источником напряжения, а источник тока выдает в этом первом (замкнутом) состоянии переключения электрический ток. Тем самым управляемый напряжением компонент обеспечивает в первом состоянии переключения выходной ток источника тока. При этом уровень напряжения источника напряжения задает уровень выходного тока источника тока. Во втором состоянии переключения переключательного элемента управляющий вывод компонента, управляемого напряжением, не соединен с источником напряжения, а источник тока не выдает в этом втором (разомкнутом) состоянии переключения выходной ток.In addition to the switching element, the current source also contains a voltage-controlled component, preferably a field-effect transistor, or MOSFET for short. The first terminal of the current source switching element is connected to the control terminal of the voltage controlled component. In the first switching state of the switching element, the control terminal of the voltage controlled component is connected to a voltage source, and the current source outputs an electric current in this first (closed) switching state. The voltage-controlled component thereby provides the output current of the current source in the first switching state. In this case, the voltage level of the voltage source sets the level of the output current of the current source. In the second switching state of the switching element, the control terminal of the voltage controlled component is not connected to the voltage source, and the current source does not produce an output current in this second (open) switching state.
Первый вывод компонента, управляемого напряжением, соединен с выводом светоизлучательной нагрузки. Следовательно, выходной ток источника тока проходит через светоизлучательную нагрузку. Это означает, что выходной ток, заданный в интервале формирования импульсного сигнала уровнем напряжения на управляющем выводе компонента, управляемого напряжением, и обеспечиваемый этим компонентом, также проходит через светоизлучательную нагрузку в первом состоянии переключения переключательного элемента, вследствие чего светоизлучательная нагрузка излучает свет. Это также означает, что во втором состоянии переключения переключательного элемента источник тока не выдает выходной ток, который соответственно не проходит через светоизлучательную нагрузку, вследствие чего светоизлучательная нагрузка не излучает свет во втором состоянии переключения.The first terminal of the voltage controlled component is connected to the terminal of the light emitting load. Therefore, the output current of the current source passes through the light-emitting load. This means that the output current specified in the pulse signal generating interval by the voltage level at the control terminal of the voltage controlled component and provided by the component also passes through the light-emitting load in the first switching state of the switching element, whereby the light-emitting load emits light. This also means that in the second switching state of the switching element, the current source does not produce an output current, which accordingly does not pass through the light-emitting load, whereby the light-emitting load does not emit light in the second switching state.
Кроме того, схема возбуждения светоизлучателей содержит блок управления, первый вход которого соединен с первым выводом управляемого напряжением компонента источника питания, а второй вход соединен со вторым выводом управляемого напряжением компонента источника питания, для съема падения напряжения на управляемом напряжением компоненте в первом (замкнутом) состоянии переключения. Выход блока управления связан со входом управления импульсного регулятора для подачи (подвода) управляющего напряжения на импульсный регулятор.In addition, the light emitter driving circuit includes a control unit, the first input of which is connected to the first terminal of the voltage-controlled component of the power source, and the second input is connected to the second terminal of the voltage-controlled component of the power source, for picking up a voltage drop across the voltage-controlled component in the first (closed) state switching The output of the control unit is connected to the control input of the pulse regulator to supply (supply) control voltage to the pulse regulator.
Управляющее напряжение регулируется с помощью блока управления в зависимости от падения напряжения в первом (замкнутом) состоянии переключения на компоненте, управляемом напряжением. Это регулирование управляющего напряжения с помощью блока управления осуществляется таким образом, чтобы падение напряжения на компоненте, управляемом напряжением, было минимальным.The control voltage is adjusted by the control unit depending on the voltage drop in the first (closed) switching state across the voltage controlled component. This regulation of the control voltage by the control unit is carried out in such a way that the voltage drop across the voltage controlled component is minimal.
Блок управления, предлагаемый в изобретении, осуществляет регулирование выходного напряжения импульсного регулятора, доводя его до значения, равного сумме падения напряжения на светоизлучательной нагрузке и желаемого минимального падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением.The control unit of the invention regulates the output voltage of the switching regulator to a value equal to the sum of the voltage drop across the light-emitting load and the desired minimum voltage drop across the voltage-controlled component.
Если источник тока содержит токоизмерительный резистор (шунт), включенный последовательно со светоизлучательной нагрузкой и компонентом, управляемым напряжением, то выдаваемое выходное напряжение импульсного регулятора доходит, в результате регулирования, до значения, равного сумме падения напряжения на светоизлучательной нагрузке, целевого минимального падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением, и падения напряжения на токоизмерительном резисторе.If the current source contains a current sense resistor (shunt) connected in series with the light-emitting load and a voltage-controlled component, then the output voltage of the switching regulator reaches, as a result of regulation, a value equal to the sum of the voltage drop across the light-emitting load, the target minimum voltage drop across the component , controlled by voltage, and the voltage drop across the current measuring resistor.
В результате доведения, путем регулирования, падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением, до минимума, энергия, рассеиваемая в этом компоненте, сводится к минимуму, что снижает энергопотребление схемы возбуждения светоизлучателей.By controlling the voltage drop across the voltage controlled component to a minimum, the energy dissipated in that component is minimized, thereby reducing the power consumption of the light emitter drive circuit.
Кроме того, компенсируется изменение выходного напряжения импульсного регулятора. Эта компенсация обеспечивает, например, возможность варьирования для данной схемы возбуждения светоизлучателей как количества светоизлучателей, так и их соединения друг с другом (последовательного или параллельного). Номинально разное напряжение светоизлучателей и флуктуации этого напряжения во время работы схемы возбуждения светоизлучателей вследствие деградации последнего или колебаний температуры (нагрев/охлаждение) внутри или снаружи схемы также компенсируются энергоэффективным образом.In addition, the change in the output voltage of the switching regulator is compensated. This compensation provides, for example, the possibility of varying for a given light emitter excitation circuit both the number of light emitters and their connection to each other (series or parallel). Nominally different voltages of the light emitters and fluctuations in this voltage during operation of the light emitter drive circuit due to degradation of the latter or temperature fluctuations (heating/cooling) inside or outside the circuit are also compensated in an energy-efficient manner.
Импульсный сигнал на управляющем выводе переключательного элемента источника тока также называется последовательностью импульсов. Импульсный сигнал представляет собой периодически повторяющееся изменение уровня напряжения на управляющем выводе переключательного элемента источника тока, при котором в интервале формирования импульса (первое состояние переключения) через управляемый напряжением компонент проходит ток, а в интервале паузы импульса (второе состояние переключения) через управляемый напряжением компонент ток не проходит. Вследствие этого циклического изменения состояния переключения и в соответствии с импульсным сигналом происходит или не происходит соединение управляющего вывода компонента, управляемого напряжением, с источником напряжения, в результате чего источник тока периодически подключается и отключается. При подаче импульсного сигнала источник тока подает пульсирующий ток на светоизлучательную нагрузку. Этот импульсный сигнал приводит к циклическим пульсирующим токам и, как следствие, к периодическому (циклическому) включению и выключению светоизлучательной нагрузки. Ток через светоизлучательную нагрузку в интервале паузы импульса предпочтительно составляет 0 А.The pulse signal at the control terminal of the switching element of the current source is also called a pulse train. A pulse signal is a periodically repeating change in the voltage level at the control terminal of a switching element of a current source, in which in the pulse formation interval (the first switching state) current flows through the voltage-controlled component, and in the pulse pause interval (the second switching state) current passes through the voltage-controlled component does not pass. Due to this cyclic change in the switching state and in accordance with the pulse signal, the control terminal of the voltage-controlled component is connected or not connected to the voltage source, causing the current source to be switched on and off periodically. When a pulsed signal is applied, the current source supplies a pulsating current to the light-emitting load. This pulse signal leads to cyclic pulsating currents and, as a consequence, to periodic (cyclic) switching on and off of the light-emitting load. The current through the light-emitting load in the pulse pause interval is preferably 0 A.
Импульсный сигнал состоит из последовательности как минимум двух отдельных импульсов. Каждый отдельный импульс включает в себя интервал формирования импульса (например, с напряжением на уровне "ВЫСОКОЕ") и интервал паузы импульса (например, с напряжением на уровне "НИЗКОЕ"). Интервалы формирования и паузы отдельного импульса составляют период этого импульса. Периоды по меньшей мере двух отдельных импульсов предпочтительно имеют одинаковую длительность, то есть отдельные импульсы имеют фиксированную частоту. Эта частота предпочтительно составляет от 100 Гц до 50 кГц (что соответствует периоду отдельного импульса длительностью от 20 пс до 10 мс).A pulse signal consists of a sequence of at least two separate pulses. Each individual pulse includes a pulse shaping interval (eg, with the voltage set to "HIGH") and a pulse pause interval (eg, with the voltage set to "LOW"). The formation and pause intervals of an individual pulse constitute the period of this pulse. The periods of the at least two individual pulses preferably have the same duration, that is, the individual pulses have a fixed frequency. This frequency is preferably from 100 Hz to 50 kHz (corresponding to a single pulse period of 20 ps to 10 ms).
При использовании схемы возбуждения светоизлучателей в устройстве для проверки банкнот эти частоты позволяют проводить проверку с пространственным разрешением движущихся банкнот при типичной скорости обработки от 1 до 12 м/с. Импульсный сигнал может представлять собой так называемый пакетный сигнал. Пакетный сигнал состоит по меньшей мере из одного пакета, включающего в себя ограниченное число отдельных импульсов. Сумма периодов всех отдельных импульсов в пакете составляет интервал пакетного сигнала. Пакет предпочтительно состоит из 5-50 отдельных импульсов. При использовании схемы возбуждения светоизлучателей в устройстве для проверки банкнот это позволяет проводить проверку движущихся банкнот с пространственным разрешением, причем светоизлучатель включается только тогда, когда банкнота присутствует в зоне измерения.When using a light emitter drive circuit in a banknote inspection device, these frequencies allow spatially resolved inspection of moving banknotes at typical processing speeds of 1 to 12 m/s. The pulse signal may be a so-called burst signal. A burst signal consists of at least one burst including a limited number of individual pulses. The sum of the periods of all individual pulses in a burst constitutes the burst interval. The burst preferably consists of 5-50 individual pulses. By using a light emitter drive circuit in a banknote inspection device, this allows for the inspection of moving banknotes with spatial resolution, with the light emitter turning on only when a banknote is present in the measurement area.
Пакетный сигнал может представлять собой периодически повторяющийся сигнал. Промежуток времени между двумя пакетами, следующими друг за другом, представляет собой паузу пакета. Интервалы формирования и паузы пакета составляют период этого пакета. Длительность периода пакета предпочтительно составляет от 10 мс до 1 с. При использовании схемы возбуждения светоизлучателей в устройстве для проверки банкнот это дает в итоге один пакет на банкноту при типичной скорости обработки от 1 до 12 м/с.The burst signal may be a periodically repeating signal. The time interval between two packets following each other is a packet pause. The intervals of formation and pause of a packet constitute the period of this packet. The duration of the burst period is preferably from 10 ms to 1 s. When using a light emitter drive circuit in a banknote validator, this results in one packet per banknote at a typical processing speed of 1 to 12 m/s.
Импульсный сигнал для переключения переключательного элемента может представлять собой сигнал, подвергнутый широтно-импульсной модуляции, так что скважность импульсного сигнала может изменяться. В данном случае скважность показывает отношение длительности интервала формирования импульса к длительности периода импульса для периодической последовательности импульсов.The pulse signal for switching the switching element may be a pulse-width modulated signal such that the duty cycle of the pulse signal may be varied. In this case, the duty cycle shows the ratio of the duration of the pulse formation interval to the duration of the pulse period for a periodic sequence of pulses.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения блок управления содержит накопительный конденсатор для повышения и понижения уровня управляющего напряжения. Для повышения управляющего напряжения накопительный конденсатор заряжается. Для понижения управляющего напряжения накопительный конденсатор разряжается. Таким образом, накопительный конденсатор представляет собой динамический накопитель заряда. Полученное среднее напряжение на накопительном конденсаторе подается в качестве управляющего напряжения на вход управления импульсного регулятора. Это позволяет компенсировать флуктуации падения напряжения на светоизлучательной нагрузке и колебания выходного напряжения импульсного регулятора. Падение напряжения на компоненте, управляемом напряжением, в первом (замкнутом) состоянии переключения обеспечивает функционирование этого компонента в оптимальной рабочей точке, причем в первом (замкнутом) состоянии переключения это падение напряжения является минимальным.In one preferred embodiment of the invention, the control unit includes a storage capacitor for raising and lowering the control voltage level. To increase the control voltage, the storage capacitor is charged. To reduce the control voltage, the storage capacitor is discharged. Thus, the storage capacitor is a dynamic charge storage device. The resulting average voltage on the storage capacitor is supplied as a control voltage to the control input of the pulse regulator. This makes it possible to compensate for fluctuations in the voltage drop across the light-emitting load and fluctuations in the output voltage of the switching regulator. The voltage drop across the voltage controlled component in the first (closed) switching state causes the component to operate at its optimal operating point, with the voltage drop being minimal in the first (closed) switching state.
Таким образом, накопительный конденсатор является частью линейной, инвариантной по времени системы в блоке управления. Накопительный конденсатор предпочтительно представляет собой часть двух резисторно-конденсаторных цепей, сокращенно RC-цепей, предназначенных для создания двух интегрирующих, непрерывных во времени, линейных, инвариантных по времени и легко реализуемых передаточных звеньев в блоке управления.The storage capacitor is therefore part of a linear, time-invariant system in the control unit. The storage capacitor is preferably part of two resistor-capacitor circuits, abbreviated RC circuits, designed to create two integrating, time-continuous, linear, time-invariant and easily implemented transfer links in the control unit.
Постоянная времени RC-цепи для зарядки накопительного конденсатора должна принимать такое значение, чтобы наибольшая скорость изменения напряжения накопительного конденсатора была меньше, предпочтительно в 2 раза, отношения наименьшей скорости изменения выходного напряжения и коэффициента пропорциональности импульсного регулятора. Скорость изменения напряжения накопительного конденсатора также может быть уменьшена, но в этом случае имело бы место ненужное удлинение фазы регулирования. Скорость изменения выходного напряжения импульсного регулятора равна отношению наименьшего тока светоизлучательной нагрузки в интервале формирования импульса и емкости накопителя энергии на выходе импульсного регулятора. Условие выбора постоянной времени гарантирует, что в конце фазы регулирования не возникнет отрицательный выброс импульса выходного напряжения импульсного регулятора, что может привести к слишком низкому падению напряжения на компоненте, управляемом напряжением, а впоследствии к нежелательному снижению тока светоизлучателя.The time constant of the RC circuit for charging the storage capacitor should take such a value that the highest rate of change in the voltage of the storage capacitor is less, preferably 2 times, the ratio of the lowest rate of change of the output voltage and the proportionality coefficient of the pulse regulator. The rate of change of voltage of the storage capacitor can also be reduced, but in this case there would be an unnecessary lengthening of the regulation phase. The rate of change of the output voltage of the pulse regulator is equal to the ratio of the smallest current of the light-emitting load in the interval of pulse formation and the capacity of the energy storage device at the output of the pulse regulator. The time constant selection condition ensures that at the end of the regulation phase there is no negative overshoot of the output voltage pulse of the switching regulator, which could cause the voltage drop across the voltage-controlled component to be too low and subsequently cause an undesirable reduction in the light emitter current.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения устанавливаются следующие значения:In a preferred embodiment of the invention the following values are set:
- наименьшая скорость изменения выходного напряжения импульсного регулятора dUSRA1/dt = 165 В/с,- the lowest rate of change in the output voltage of the pulse regulator dUSRA1/dt = 165 V/s,
- коэффициент пропорциональности импульсного регулятора KS=5,5,- proportionality coefficient of the pulse regulator KS=5.5,
- скорость изменения напряжения накопительного конденсатора dUSK1/dt=dUSRA1/dt/Ks/2 = 15 В/с- rate of change of voltage of the storage capacitor dUSK1/dt=dUSRA1/dt/Ks/2 = 15 V/s
- напряжение зарядки RC-цепи UL=5 В,- RC circuit charging voltage UL=5 V,
- постоянная времени τ RC-цепи (зарядка) = UL/dUSK1/dt=0,3 с.- time constant τ RC circuit (charging) = UL/dUSK1/dt=0.3 s.
Стекание заряда с накопительного конденсатора в паузах импульсных сигналов необходимо для того, чтобы блок управления мог довести регулируемое выходное напряжение импульсного регулятора до максимального значения после выключения импульсов светоизлучателя, что соответствует исходному состоянию. Постоянная времени RC-цепи для разрядки накопительного конденсатора должна принимать такое значение, чтобы выходное напряжение импульсного регулятора повышалось во время паузы лишь на небольшую величину. Предпочтительное повышение выходного напряжения импульсного регулятора составляет в паузах импульсных сигналов менее 0,1 В. Повышение выходного напряжения импульсного регулятора приводит к повышению падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением, что имеет следствием повышенную потерю мощности в компоненте, управляемом напряжением. Нет необходимости выбирать постоянную времени для разряда, которая гарантирует одинаковое повышение выходного напряжения импульсного регулятора во всех режимах работы (длительности интервалов формирования и паузы импульса), особенно при очень продолжительных паузах импульса. При более длительных паузах между импульсами и неизменном интервале формирования импульса имеет место уменьшение скважности (отношения длительности интервала формирования импульса к длительности периода импульса). При неизменном токе источника света в интервале формирования импульса и уменьшенной скважности имеет место уменьшение средней потери мощности в компоненте, управляемом напряжением. Поэтому необходимо определить только значение самой длительной паузы импульса, при которой потеря мощности из-за увеличения падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением, не становится больше, чем потеря мощности при том же значении тока светоизлучателя в интервале формирования импульса и самой короткой паузе импульса (то есть наибольшей скважности). Из этого значения определяется постоянная времени разряда для самой длинной паузы импульса и значение, которое должно быть определено для повышенного выходного напряжения импульсного регулятора в паузе импульса. Как и в случае процесса зарядки, в расчет процесса разрядки также должен быть включен коэффициент пропорциональности импульсного регулятора.Draining of charge from the storage capacitor during pauses of pulse signals is necessary so that the control unit can bring the regulated output voltage of the pulse regulator to the maximum value after turning off the light emitter pulses, which corresponds to the initial state. The time constant of the RC circuit for discharging the storage capacitor must take such a value that the output voltage of the switching regulator increases only by a small amount during the pause. The preferred output voltage rise of a switching regulator is less than 0.1 V during pulse pauses. Increasing the output voltage of a switching regulator results in an increased voltage drop across the voltage-controlled component, which results in increased power loss in the voltage-controlled component. There is no need to select a time constant for the discharge, which guarantees the same increase in the output voltage of the pulse regulator in all operating modes (the duration of the pulse formation and pause intervals), especially with very long pulse pauses. With longer pauses between pulses and a constant pulse formation interval, there is a decrease in duty cycle (the ratio of the duration of the pulse formation interval to the duration of the pulse period). With a constant light source current in the pulse generation interval and a reduced duty cycle, there is a decrease in the average power loss in the voltage-controlled component. Therefore, it is necessary to determine only the value of the longest pulse pause at which the power loss due to an increase in the voltage drop across the voltage-controlled component does not become greater than the power loss at the same value of the light emitter current in the pulse generation interval and the shortest pulse pause (then there is the greatest duty cycle). From this value the discharge time constant for the longest pulse pause and the value that must be determined for the increased output voltage of the switching regulator in the pulse pause are determined. As with the charging process, the proportionality factor of the switching regulator must also be included in the calculation of the discharging process.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения устанавливаются следующие значения:In a preferred embodiment of the invention the following values are set:
- повышение выходного напряжения импульсного регулятора в паузе импульса dUSRA2 = 0,1 В,- increasing the output voltage of the pulse regulator during the pulse pause dUSRA2 = 0.1 V,
- при минимальном падении напряжения на управляемом напряжением компоненте, составляющем 1,5 В (повышение отсутствует), потери мощности в этом компоненте увеличиваются с тем же коэффициентом, что и повышение напряжения: (0,1 В+1,5 В) / 1,5 В=1,07,- with a minimum voltage drop across a voltage-controlled component of 1.5 V (no rise), the power loss in that component increases by the same factor as the voltage rise: (0.1 V + 1.5 V) / 1, 5 V=1.07,
- коэффициент пропорциональности импульсного регулятора KS=5,5,- proportionality coefficient of the pulse regulator KS=5.5,
- снижение напряжения накопительного конденсатора dUSK2=dUSRA2/KS=0,0182 В,- reduction in the voltage of the storage capacitor dUSK2=dUSRA2/KS=0.0182 V,
- самая длительная пауза импульса TPause = 0,125 с,- longest pulse pause TPause = 0.125 s,
- скорость изменения напряжения накопительного конденсатора dUSK2/dt=dUSK2/TPause = 0,146 В/с,- rate of change of voltage of the storage capacitor dUSK2/dt=dUSK2/TPause = 0.146 V/s,
- максимальное напряжение накопительного конденсатора USKmax = 2,6 В,- maximum storage capacitor voltage USKmax = 2.6 V,
- постоянная времени τ RC-цепи (разрядка) = USKmax/dUSK2/dt = 18 с.- time constant τ RC circuit (discharge) = USKmax/dUSK2/dt = 18 s.
Если в другом варианте осуществления изобретения требуется увеличение постоянной времени зарядки (для уменьшения скорости изменения напряжения накопительного конденсатора), то необходимо увеличить постоянную времени разрядки на тот же коэффициент, чтобы предотвратить дальнейшее увеличение потери мощности в компоненте, управляемом напряжением.If in another embodiment of the invention it is necessary to increase the charge time constant (to reduce the rate of change of the storage capacitor voltage), then it is necessary to increase the discharge time constant by the same factor to prevent further increase in power loss in the voltage controlled component.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок управления содержит узел сравнения, который на своем выходе выдает напряжение сравнения, зависящее от падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением. Напряжение сравнения предпочтительно представляет собой бинарное напряжение, что позволяет особенно просто реализовать последующий узел регулирования управляющего напряжения. Узел сравнения может быть выполнен в виде компаратора. Выход узла сравнения соединен со входом узла регулирования управляющего напряжения блока управления. Такая модульная конструкция обеспечивает возможность более гибкого конфигурирования блока управления. Узел регулирования управляющего напряжения регулирует управляющее напряжение в зависимости от напряжения сравнения. Выход узла регулирования управляющего напряжения соединен со входом управления импульсного регулятора для подачи управляющего напряжения.In a preferred embodiment of the invention, the control unit contains a comparison unit, which at its output produces a comparison voltage depending on the voltage drop across the voltage-controlled component. The reference voltage is preferably a binary voltage, which makes it particularly easy to implement the subsequent control voltage control unit. The comparison unit can be made in the form of a comparator. The output of the comparison unit is connected to the input of the control voltage regulation unit of the control unit. This modular design allows for more flexible configuration of the control unit. The control voltage regulation unit regulates the control voltage depending on the comparison voltage. The output of the control voltage regulation unit is connected to the control input of the pulse regulator to supply control voltage.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения управляющее напряжение повышается узлом регулирования управляющего напряжения, если (бинарное) напряжение сравнения имеет первый уровень, и управляющее напряжение понижается узлом регулирования управляющего напряжения, если напряжение сравнения имеет второй уровень, отличный от первого. При этом уровень напряжения сравнения следует учитывать в установившемся режиме работы схемы возбуждения светоизлучателей, то есть после окончания фазы регулирования или фазы запуска импульсного регулятора и блока управления.In one preferred embodiment of the invention, the control voltage is increased by the control voltage control unit if the (binary) comparison voltage is at a first level, and the control voltage is decreased by the control voltage control unit if the comparison voltage is at a second level different from the first. In this case, the comparison voltage level should be taken into account in the steady-state operating mode of the light emitter excitation circuit, that is, after the end of the regulation phase or the startup phase of the pulse regulator and control unit.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения узел сравнения содержит компаратор, первый вход которого соединен с первым выводом управляемого напряжением компонента, и источник постоянного напряжения. Первый вывод источника постоянного напряжения соединен со вторым входом компаратора, а второй вывод источника постоянного напряжения соединен, в качестве второго входа блока управления, со вторым выводом управляемого напряжением компонента. Источник постоянного напряжения подает на второй вход компаратора опорное напряжение, уровень которого сравнивается с уровнем напряжения на первом входе компаратора. В зависимости от результата сравнения, на выход компаратора подается напряжение сравнения. Таким путем реализуется схема возбуждения светоизлучателей, узел сравнения которой сравнивает падение напряжения на компоненте, управляемом напряжением, с опорным постоянным напряжением для получения напряжения сравнения. Эта схема занимает мало места и имеет низкое энергопотребление.In a preferred embodiment of the invention, the comparison unit comprises a comparator, the first input of which is connected to the first terminal of the voltage-controlled component, and a constant voltage source. The first terminal of the constant voltage source is connected to the second input of the comparator, and the second terminal of the constant voltage source is connected, as a second input of the control unit, to the second terminal of the voltage-controlled component. The constant voltage source supplies a reference voltage to the second input of the comparator, the level of which is compared with the voltage level at the first input of the comparator. Depending on the comparison result, a comparison voltage is applied to the output of the comparator. In this way, a light emitter drive circuit is implemented, the comparison unit of which compares the voltage drop across the voltage-controlled component with a reference DC voltage to obtain a comparison voltage. This circuit takes up little space and has low power consumption.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в линии, соединяющей первый вывод управляемого напряжением компонента и первый вход компаратора, предусмотрен диод, анод которого соединен с первым входом компаратора, а катод соединен, в качестве первого входа блока управления, с первым выводом управляемого напряжением компонента. Диод имеет функцию запирания для предотвращения прохождения тока через светоизлучательную нагрузку во время паузы импульса.In a preferred embodiment of the invention, a diode is provided in the line connecting the first terminal of the voltage-controlled component and the first input of the comparator, the anode of which is connected to the first input of the comparator, and the cathode of which is connected, as the first input of the control unit, to the first terminal of the voltage-controlled component. The diode has a blocking function to prevent current flow through the light-emitting load during the pulse pause.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения первый вывод накопительного конденсатора узла сравнения соединен с анодом диода, а второй вывод со вторым входом блока управления. Накопительный конденсатор узла сравнения отличается от накопительного конденсатора узла регулирования управляющего напряжения, описанного выше. В случае переменной последовательности импульсов накопительный конденсатор обеспечивает оптимизацию управляющего напряжения для наибольшей силы тока, возникающей в интервале формирования импульса. В этом случае наименьшее падение напряжения на компоненте, управляемом напряжением, имеет место при наибольшей силе тока.In a preferred embodiment of the invention, the first output of the storage capacitor of the comparison unit is connected to the anode of the diode, and the second output is connected to the second input of the control unit. The storage capacitor of the comparison unit differs from the storage capacitor of the control voltage regulation unit described above. In the case of a variable pulse sequence, the storage capacitor ensures that the control voltage is optimized for the highest current that occurs in the pulse generation interval. In this case, the smallest voltage drop across the voltage-controlled component occurs at the highest current.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения в линии, соединяющей анод диода и первый вход компаратора, предусмотрен источник напряжения с высоким внутренним сопротивлением. Уровень напряжения этого источника напряжения превышает уровень напряжения источника постоянного напряжения на втором входе компаратора. Вследствие этого напряжение сравнения надежно устанавливается на уровень "ВЫСОКОЕ" в состоянии запуска схемы (см. ниже). Этим обеспечивается минимальное управляющее напряжение в состоянии запуска и, следовательно, максимальное выходное напряжение импульсного регулятора, так что через светоизлучательную нагрузку при первом включении проходит ток, предусмотренный в спецификации. Источник напряжения обеспечивает возможность повышения выходного напряжения импульсного регулятора и в случае изменяющейся светоизлучательной нагрузки во время работы схемы возбуждения этого светоизлучателя.In one preferred embodiment of the invention, a voltage source with high internal resistance is provided in the line connecting the anode of the diode and the first input of the comparator. The voltage level of this voltage source exceeds the voltage level of the constant voltage source at the second input of the comparator. As a result, the reference voltage is reliably set to "HIGH" in the circuit's startup state (see below). This ensures the minimum control voltage in the start-up state and therefore the maximum output voltage of the switching regulator, so that the light-emitting load carries the specified current through the light-emitting load when first turned on. The voltage source makes it possible to increase the output voltage of the pulse regulator in the case of a changing light-emitting load during operation of the excitation circuit of this light emitter.
Таким образом, в случае неактивного источника тока (пауза импульсного сигнала или второе состояние переключения) накопительный конденсатор компаратора заряжается до уровня напряжения источника напряжения на первом входе компаратора. Благодаря более высокому уровню напряжения на первом входе, на выходе компаратора обеспечивается первое состояние напряжения сравнения. Если после этого источник тока подключается посредством импульсного сигнала в интервале формирования и на управляемом напряжением компоненте происходит понижение напряжения, уровень которого оказывается ниже разности уровней напряжения на первом входе компаратора и напряжения диода при пропускании прямого тока, то накопительный конденсатор разряжается компонентом, управляемым напряжением, через диод до значения напряжения, которое соответствует сумме напряжения на компоненте, управляемом напряжением, и напряжения диода при пропускании прямого тока. Если этот уровень напряжения на первом входе компаратора, достигнутый в процессе разряда, превышает уровень напряжения на втором входе компаратора, то на выходе пока сохраняется первое состояние напряжения сравнения. Вследствие этого изменяется управляющее напряжение, что приводит к изменению выходного напряжения импульсного регулятора. Это изменение приводит к изменению падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением, и, как результат, к переключению уровня напряжения сравнения на выходе компаратора.Thus, in the case of an inactive current source (pulse signal pause or second switching state), the storage capacitor of the comparator is charged to the voltage level of the voltage source at the first input of the comparator. Due to the higher voltage level at the first input, the output of the comparator provides the first state of the comparison voltage. If, after this, the current source is connected via a pulse signal in the shaping interval and a decrease in voltage occurs on the voltage-controlled component, the level of which is lower than the difference between the voltage levels at the first input of the comparator and the diode voltage when passing direct current, then the storage capacitor is discharged by the voltage-controlled component through diode to a voltage value that corresponds to the sum of the voltage across the voltage-controlled component and the voltage of the diode when passing forward current. If this voltage level at the first input of the comparator, achieved during the discharge process, exceeds the voltage level at the second input of the comparator, then the first state of the comparison voltage is still maintained at the output. As a result, the control voltage changes, which leads to a change in the output voltage of the switching regulator. This change causes the voltage drop across the voltage-controlled component to change and, as a result, switches the comparison voltage level at the output of the comparator.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения блок управления выполнен в виде компьютерного программного продукта, установленного в микроконтроллере. В этом случае падение напряжения на компоненте, управляемом напряжением, оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразования и становится доступным для микроконтроллера. Последний генерирует управляющее напряжение в соответствии с процессами, представленными в настоящем описании. Это управляющее напряжение преобразуется в аналоговый сигнал напряжения с помощью цифро-аналогового преобразования, после чего подается на вход управления импульсного регулятора. Это позволяет гибко перепрограммировать параметры управления.In another preferred embodiment of the invention, the control unit is implemented as a computer software product installed in a microcontroller. In this case, the voltage drop across the voltage controlled component is digitized using A/D conversion and made available to the microcontroller. The latter generates a control voltage in accordance with the processes presented in this description. This control voltage is converted into an analog voltage signal using digital-to-analog conversion and then supplied to the control input of the switching regulator. This allows flexible reprogramming of control parameters.
Другим объектом изобретения является оптический измеритель для распознавания машиночитаемых защитных признаков на ценных документах. Этот оптический измеритель содержит по меньшей мере один светоизлучатель для освещения защитного признака. Этот светоизлучатель, в частности светодиод, приводится в действие с помощью схемы возбуждения светоизлучателей описанного выше типа. В данном случае импульсный сигнал приводит в действие источник тока, чтобы генерировать с помощью последнего циклические импульсные токи, которые затем также проходят через светоизлучательную нагрузку, циклически включая и выключая последний. Это циклическое включение и выключение светоизлучательной нагрузки используется для освещения вышеупомянутого измеряемого объекта. Оптический измеритель может представлять собой часть устройства для проверки ценных документов.Another object of the invention is an optical meter for recognizing machine-readable security features on valuable documents. This optical meter contains at least one light emitter for illuminating the security feature. This light emitter, in particular the LED, is driven by a light emitter drive circuit of the type described above. In this case, the pulse signal drives the current source to generate cyclic pulse currents, which then also pass through the light-emitting load, cyclically turning it on and off. This cycling of the light-emitting load on and off is used to illuminate the aforementioned measured object. The optical meter may be part of a device for checking valuable documents.
Еще одним объектом изобретения является устройство для проверки ценных документов, содержащих машиночитаемый защитный признак, включающее в себя зону приема ценных документов как объектов измерения и оптический измеритель описанного выше типа. Предлагаемое в изобретении устройство проверяет большое количество объектов измерения (ценных документов) в кратчайшие сроки. В частности, скорость перемещения через зону измерения составляет несколько метров в секунду. Вследствие этого для проверки объекта измерения, на который затем воздействуют несколькими вспышками света, в распоряжении имеется лишь очень короткий промежуток времени, например 0,02 с. Это требует короткого времени включения и выключения светоизлучательной нагрузки, которое осуществляется с помощью импульсного сигнала. В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для проверки ценных документов включает в себя, кроме того, детектор, служащий для регистрации отклика защитного признака в качестве реакции на освещение и преобразования его в электронный выходной сигнал. По сравнению с визуальным восприятием это позволяет более точно проверить наличие защитного признака и, следовательно, улучшить защиту от подделки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство для проверки ценных документов включает в себя также процессор, оценивающий одно свойство защитного признака (например, подлинность, класс документа) в зависимости от выходного сигнала детектора и выдающий результат оценки. Это позволяет интегрировать устройство для проверки в промышленную среду, например, в машину для обработки банкнот, а также проводить более точный анализ защитного признака, улучшая тем самым защиту от подделки. Кроме того, микропроцессор предлагаемой в изобретении схемы возбуждения светоизлучателей предпочтительно также представляет собой процессор устройства для проверки ценных документов.Another object of the invention is a device for checking valuable documents containing a machine-readable security feature, which includes a zone for receiving valuable documents as measurement objects and an optical meter of the type described above. The device proposed in the invention checks a large number of measurement objects (valuable documents) in the shortest possible time. In particular, the speed of movement through the measurement zone is several meters per second. As a result, only a very short period of time, for example 0.02 s, is available for checking the measurement object, which is then exposed to several flashes of light. This requires a short turn-on and turn-off time of the light-emitting load, which is carried out using a pulse signal. In a preferred embodiment of the invention, the device for checking valuable documents further includes a detector for recording the response of the security feature in response to illumination and converting it into an electronic output signal. Compared to visual perception, this makes it possible to more accurately check the presence of a security feature and therefore improve protection against counterfeiting. In a preferred embodiment of the invention, the device for checking valuable documents also includes a processor that evaluates one property of a security feature (eg, authenticity, document class) depending on the output signal of the detector and outputs an evaluation result. This allows the verification device to be integrated into an industrial environment, such as a banknote processing machine, and allows for more accurate analysis of the security feature, thereby improving counterfeit protection. Moreover, the microprocessor of the light emitter driving circuit according to the invention is preferably also a processor of the device for checking valuable documents.
Еще одним объектом изобретения является способ приведения в действие светоизлучательной нагрузки посредством схемы возбуждения светоизлучателей описанного выше типа. В этом способе импульсный сигнал сначала подается на управляющий вывод переключательного элемента с целью соединения управляющего вывода компонента, управляемого напряжением, с источником напряжения. Кроме того, с помощью блока управления снимается падение напряжения на компоненте, управляемом напряжением. Помимо этого, с помощью блока управления осуществляется подача управляющего напряжения, регулируемого в зависимости от падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением. Затем происходит прием управляющего напряжения импульсным регулятором и выдача регулируемого выходного напряжения для приведения в действие светоизлучательной нагрузки с использованием управляющего напряжения для регулирования уровня выходного напряжения, причем выходное напряжение предпочтительно линейно снижается с управляющим напряжением.Another object of the invention is a method for driving a light-emitting load by means of a light-emitting circuit of the type described above. In this method, a pulse signal is first applied to the control terminal of the switching element for the purpose of connecting the control terminal of the voltage controlled component to a voltage source. In addition, the control unit removes the voltage drop across the voltage controlled component. In addition, the control unit supplies a control voltage that is regulated depending on the voltage drop across the voltage-controlled component. The switching regulator then receives a control voltage and produces a controlled output voltage to drive the light-emitting load, using the control voltage to regulate the output voltage level, the output voltage preferably decreasing linearly with the control voltage.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Прочие варианты осуществления и преимущества изобретения подробнее поясняются ниже с помощью чертежей, на которых представлены только примеры осуществления изобретения. Одинаковые элементы на чертежах снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями. Данные чертежи не следует рассматривать как точные и представленные в масштабе, а изображения отдельных элементов могут быть чрезмерно большими или чрезмерно упрощенными. На чертежах показано:Other embodiments and advantages of the invention are explained in more detail below with the help of the drawings, which show only examples of embodiments of the invention. Identical elements in the drawings are provided with the same reference symbols. These drawings are not to be considered exact or to scale, and depictions of individual items may be excessively large or overly simplified. The drawings show:
на фиг. 1 - принципиальная схема возбуждения светоизлучателей в первом примере осуществления изобретения,in fig. 1 is a schematic diagram of excitation of light emitters in the first embodiment of the invention,
на фиг. 2 - принципиальная схема возбуждения светоизлучателей во втором примере осуществления изобретения,in fig. 2 is a schematic diagram of excitation of light emitters in the second embodiment of the invention,
на фиг. 3 - первый пример исполнения переключательной схемы для предлагаемой в изобретении схемы возбуждения светоизлучателей, основанной на принципе, представленном на фиг. 1,in fig. 3 is a first example of a switching circuit for a light emitter drive circuit according to the invention, based on the principle shown in FIG. 1,
на фиг. 4 второй пример исполнения переключательной схемы для предлагаемой в изобретении схемы возбуждения светоизлучателей, основанной на принципе, представленном на фиг. 2,in fig. 4 is a second example of a switching circuit for the light emitter excitation circuit proposed in the invention, based on the principle presented in FIG. 2,
на фиг. 5 схема последовательности операций (в первом примере исполнения) предлагаемого в изобретении способа приведения в действие светоизлучательной нагрузки,in fig. 5 is a diagram of the sequence of operations (in the first embodiment example) of the method proposed in the invention for actuating a light-emitting load,
на фиг. 6 первая временная диаграмма напряжения/тока выбранных сигналов в схеме возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 3,in fig. 6 is a first voltage/current timing diagram of selected signals in the light emitter driving circuit shown in FIG. 3,
на фиг. 7 - выбранный участок временной диаграммы напряжения/тока, показанной на фиг. 6,in fig. 7 is a selected portion of the voltage/current timing diagram shown in FIG. 6,
на фиг. 8 выбранный участок временной диаграммы напряжения/тока, показанной на фиг. 7,in fig. 8 is a selected portion of the voltage/current timing diagram shown in FIG. 7,
на фиг. 9 - вторая временная диаграмма напряжения сигналов в схеме возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 3,in fig. 9 is a second timing diagram of signal voltages in the light emitter driving circuit shown in FIG. 3,
на фиг. 10 - первый участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9,in fig. 10 is the first section of the voltage timing diagram shown in FIG. 9,
на фиг. 11 - второй участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9,in fig. 11 is the second section of the voltage timing diagram shown in FIG. 9,
на фиг. 12 один из участков временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9,in fig. 12 is one of the sections of the voltage timing diagram shown in FIG. 9,
на фиг. 13 один из участков временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 12,in fig. 13 is one of the sections of the voltage timing diagram shown in FIG. 12,
на фиг. 14 - один из участков временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 12.in fig. 14 is one of the sections of the voltage timing diagram shown in FIG. 12.
Описание примеров осуществления изобретенияDescription of embodiments of the invention
На фиг. 1 представлена принципиальная схема возбуждения светоизлучателей в первом примере осуществления изобретения. Импульсный регулятор N8 содержит вход N8_1 по напряжению для подачи входного напряжения U6. Импульсный регулятор N8 содержит выход N8_2 по напряжению для вывода регулируемого выходного напряжения U5. Импульсный регулятор N8 содержит вход N8_3 управления для подачи управляющего напряжения U4 с целью регулирования уровня выходного напряжения U5.In fig. 1 shows a schematic diagram of excitation of light emitters in the first embodiment of the invention. Switching regulator N8 contains voltage input N8_1 for supplying input voltage U6. Switching regulator N8 contains voltage output N8_2 to output the regulated output voltage U5. Switching regulator N8 contains a control input N8_3 for supplying control voltage U4 in order to regulate the level of output voltage U5.
Выход N8_2 по напряжению соединен с одним из выводов светоизлучательной нагрузки 3. В данном примере светоизлучательная нагрузка 3 представляет собой светодиод (СИД) V3. Согласно изобретению, в качестве светоизлучательной нагрузки 3 также предусмотрено использование нескольких СИД, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Также возможно параллельное соединение нескольких последовательных цепей СИД (СИД-ветви) или использование других полупроводниковых светоизлучателей, основанных на том же принципе работы. Анод светоизлучательной нагрузки 3 соединен с выходом N8_2 по напряжению.The voltage output N8_2 is connected to one of the terminals of the light-emitting
В схеме возбуждения светоизлучателей предусмотрен источник 1 тока. Термин "источник тока" используется в описании всех чертежей независимо от направления тока на выходе источника 1 (выводы V1_1 и V1_2 компонента V1, управляемого напряжением). Термин "источник тока" можно заменить термином "токовый сток".In the excitation circuit of the light emitters, a
Источник 1 тока содержит переключательный элемент N3 и управляемый напряжением компонент V1, в данном примере представляющий собой полевой транзистор (МОП). Первый вывод V1_1 МОП соединен в качестве выхода по току источника 1 тока с катодом светоизлучательной нагрузки 3. Второй вывод V12 МОП соединен с первым выводом токоизмерительного резистора R1 (шунта). Второй вывод токоизмерительного резистора R1 подключен к опорному потенциалу.The
Управляющий вывод V1_3 МОП соединен с первым выводом N3_1 переключательного элемента N3. Второй вывод N3_2 переключательного элемента N3 соединен с первым выводом источника N2 напряжения. Второй вывод источника N2 напряжения подключен к опорному потенциалу. Импульсный сигнал U7 подается на управляющий вывод N3_3 переключательного элемента N3. Этот импульсный сигнал U7, будучи сигналом переключения для переключательного элемента N3, характеризуется интервалом формирования импульса, в котором переключательный элемент N3 переключается в первое (замкнутое) состояние переключения, и интервалом паузы импульса, в котором переключательный элемент N3 переключается во второе (разомкнутое) состояние переключения. Переключательный элемент N3 представляет собой, например, электронный переключательный элемент, например транзистор. На фиг. 1 переключательный элемент N3 показан во втором (разомкнутом) состоянии переключения, в котором управляющий вывод V1_3 МОП не соединен с первым выводом источника N2 напряжения. В первом состоянии переключения (не показано) переключательного элемента N3 управляющий вывод V1_3 МОП соединен с первым выводом источника напряжения.The control pin V1_3 of the MOS is connected to the first pin N3_1 of switching element N3. The second terminal N3_2 of the switching element N3 is connected to the first terminal of the voltage source N2. The second terminal of the voltage source N2 is connected to the reference potential. The pulse signal U7 is supplied to the control terminal N3_3 of the switching element N3. This pulse signal U7, being a switching signal for switching element N3, is characterized by a pulse shaping interval in which switching element N3 switches to the first (closed) switching state, and a pulse pause interval in which switching element N3 switches to the second (open) switching state . The switching element N3 is, for example, an electronic switching element such as a transistor. In fig. 1, switching element N3 is shown in a second (open) switching state in which the MOS control terminal V1_3 is not connected to the first terminal of voltage source N2. In the first switching state (not shown) of the switch element N3, the control terminal V1_3 of the MOS is connected to the first terminal of the voltage source.
Первый вывод V1_1 МОП V1 соединен с первым входом 2_1 блока 2 управления. Второй вывод V1_2 МОП V1 соединен со вторым входом 2_2 блока 2 управления. Таким образом, съем падения напряжения на МОП V1 может выполняться блоком 2 управления. Выход 2_3 блока 2 управления соединен с входом N8_3 управления импульсного регулятора N8 для получения управляющего напряжения U4, регулируемого в зависимости от падения напряжения на МОП VI.The first output V1_1 of the MOS V1 is connected to the first input 2_1 of the
Импульсный регулятор N8 представляет собой, например, стандартный понижающий DC-DC-преобразователь, функция которого не требует подробного пояснения. Например, импульсный регулятор N8 может быть реализован с помощью комбинации интегральной схемы TPS541540 производства компании Texas Instruments и резистора на входе цепи обратной связи. Не исключается использование и других интегральных схем.The N8 switching regulator is, for example, a standard step-down DC-DC converter, the function of which does not require detailed explanation. For example, the N8 switching regulator can be implemented using a combination of the Texas Instruments TPS541540 integrated circuit and a feedback resistor. The use of other integrated circuits is not excluded.
На фиг. 1 показаны узел 21 сравнения и узел 22 регулирования управляющего напряжения блока 2 управления, которые более подробно описаны применительно к фиг. 3.In fig. 1 shows the
Ниже поясняется принцип действия схемы возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 1.The operating principle of the light emitter driving circuit shown in FIG. 1 is explained below. 1.
Переключаемый источник 1 тока может подключаться и отключаться с помощью импульсного сигнала U7. Уровень выходного тока источника 1 тока устанавливается посредством источника N2 напряжения. При этом возможные изменения уровня выходного тока должны быть синхронизированы с импульсным сигналом таким образом, чтобы в результате через светоизлучательную нагрузку проходила циклически изменяющаяся последовательность импульсов тока.Switchable
Светоизлучательная нагрузка V3 питается от высокоэффективного импульсного регулятора N8 с выходным напряжением U5. Его входное напряжение U6 представляет собой напряжение питания, составляющее, например, 24 В постоянного тока. При этом не исключаются и другие уровни или типы входного напряжения U6, так что на импульсный регулятор N8 также может быть подано напряжение переменного тока, который затем выпрямляется.The light-emitting load V3 is powered by a high-efficiency switching regulator N8 with an output voltage U5. Its input voltage U6 is a supply voltage of, for example, 24 V DC. This does not exclude other levels or types of input voltage U6, so that the switching regulator N8 can also be supplied with alternating current voltage, which is then rectified.
Для обеспечения работы источника 1 тока с высоким КПД необходимо, чтобы падение напряжения между первым выводом V1_1 и вторым выводом V1_2 компонента V1, управляемого напряжением, было как можно меньше во время нахождения в первом (разомкнутом) состоянии переключения. Если управляемый напряжением компонент V1 представляет собой МОП, то падение напряжения между выводами V1_1 и V1_2 называется напряжением сток-исток (UDS), а падение напряжения между входами V1_3 и V1_2 напряжением затвор-исток (UGS). МОП имеет пороговое напряжение Vth, составляющее, например, 1,8 В и характеризующееся тем, что эффективный ток стока, в частности ток через светоизлучательную нагрузку, проходит при UGS>Vth. Напряжение сток-исток предпочтительно удовлетворяет условию UDS>UGS-Vth, так что ток стока, в частности ток через светоизлучательную нагрузку, максимально возможным образом не зависит от UDS.To ensure high efficiency operation of the
Вход N8_3 управления импульсного регулятора N8 соединен с выходом 2_3 блока 2 управления. Выходное напряжение U5 импульсного регулятора N8 предпочтительно линейно уменьшается с увеличением управляющего напряжения U4. Между U4 и U5 может иметь место и другая зависимость. Значения U4 и U5 могут представлять собой биективное отображение. Таким образом, уровень выходного напряжения U5 можно регулировать с помощью уровня управляющего напряжения U4.The control input N8_3 of the pulse regulator N8 is connected to the output 2_3 of
Уровень управляющего напряжения U4 регулируется блоком 2 управления.The level of control voltage U4 is regulated by
В первом состоянии переключения переключательного элемента N3 (источник 1 тока подключен) снимается падение напряжения на МОП V1 и выполняется соответствующее регулирование управляющего напряжения U4.In the first switching state of the switching element N3 (
Во втором состоянии переключения переключательного элемента N3 (источник 1 тока отключен) регулирование управляющего напряжения U4 не выполняется.In the second switching state of switching element N3 (
Во время работы схемы возбуждения светоизлучателей (вторая и третья рабочие фазы - см. ниже) на переключательный элемент N3 подается импульсный сигнал U7 для периодического (циклического) подключения и отключения источника 1 тока. Из этого следует, что светоизлучательная нагрузка 3 включается или выключается в соответствии с импульсным сигналом U7. При этом генерируются, например, вспышки света, излучаемого на объект измерения, например банкноту, для получения и оценки характерной реакции на них. Это позволяет, например, проверить подлинность машиночитаемых признаков на объекте измерения с помощью системы проверки банкнот.During operation of the light emitter excitation circuit (second and third operating phases - see below), a pulse signal U7 is supplied to switching element N3 for periodic (cyclic) connection and disconnection of
Повышенную потерю мощности МОП во второй рабочей фазе ("фазе регулирования" - см. пояснения к фиг. 6-14) в схеме возбуждения светоизлучателей необходимо учитывать при выборе компонентов и тепловом расчете печатной платы.The increased power loss of the MOS in the second operating phase ("regulation phase" - see explanations to Fig. 6-14) in the excitation circuit of the light emitters must be taken into account when selecting components and thermal calculations of the printed circuit board.
На фиг. 2 представлена принципиальная схема возбуждения светоизлучателей во втором примере осуществления изобретения. Принцип действия схемы возбуждения светоизлучателей на фиг. 2 соответствует принципу действия схемы на фиг. 1, так что описание, приведенное для фиг. 1, является полностью применимым для фиг. 2. Ниже поясняются только различия между фиг. 1 и фиг. 2. В отличие от фиг. 1, на фиг. 2 блок 2 управления выполнен не с узлом 21 сравнения и узлом 22 регулирования управляющего напряжения, а, в качестве альтернативы, с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 23, микроконтроллером 24 и цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) 25. Это различие подробнее поясняется на фиг. 4. В микроконтроллере 24 регистрация разности напряжений на МОП осуществляется на основе получения значения напряжения, преобразованного из аналогового в цифровое через первый вывод V1_1 и второй вывод V1_2, и установки цифрового значения управляющего напряжения, соответствующего цифровому значению падения напряжения. В предусмотренном далее ЦАП заданное цифровое значение управляющего напряжения преобразуется в аналоговое управляющее напряжение, которое затем подается на импульсный регулятор N8 в качестве управляющего напряжения U4.In fig. 2 shows a schematic diagram of excitation of light emitters in the second embodiment of the invention. The operating principle of the light emitter excitation circuit in Fig. 2 corresponds to the principle of operation of the circuit in Fig. 1, so the description given for FIG. 1 is fully applicable to FIG. 2. Only the differences between FIG. 1 and fig. 2. Unlike FIG. 1, in fig. 2, the
На фиг. 3 приведен первый пример исполнения переключательной схемы для предлагаемой в изобретении схемы возбуждения светоизлучателей, основанной на принципе, представленном на фиг. 1. Описание, приведенное для фиг. 1, является полностью применимым для фиг. 3. Поэтому ниже поясняются только различия между фиг. 1 и фиг. 3.In fig. 3 shows the first example of a switching circuit for the light emitter excitation circuit proposed in the invention, based on the principle presented in FIG. 1. Description given for FIG. 1 is fully applicable to FIG. 3. Therefore, only the differences between FIG. 1 and fig. 3.
В отличие от фиг. 1, источник 1 тока на фиг. 3 представляет собой прецизионный источник тока, который также содержит ЦАП N2 и операционный усилитель N4.Unlike FIG. 1,
Источник 1 тока также содержит, как и на фиг. 1, переключательный элемент N3 и управляемый напряжением компонент V1, показанный здесь как полевой транзистор (МОП). Первый вывод V1_1 МОП соединен в качестве выхода по току источника 1 тока с катодом светоизлучательной нагрузки 3. Светоизлучательная нагрузка показана здесь как последовательное соединение СИД V3 - Vn. Поскольку на фиг. 3 ток нагрузки течет от катода светоизлучательной нагрузки к выводу V1_1 источника 1 тока, термин "токовый сток" является более подходящим с чисто теоретической точки зрения.The
В одном из вариантов осуществления изобретения, не показанном на фиг. 3, первый вывод V1_1 управляемого напряжением компонента V1 соединен с выходом N8_2 импульсного регулятора N8, второй вывод V1_2 управляемого напряжением компонента V1 соединен с анодом светоизлучательной нагрузки 3, например с анодом первого СИД Vn из всех последовательно соединенных СИД V3 - Vn, а катод СИД V3 соединен с первым выводом токоизмерительного резистора R1.In one embodiment of the invention not shown in FIG. 3, the first terminal V1_1 of the voltage-controlled component V1 is connected to the output N8_2 of the switching regulator N8, the second terminal V1_2 of the voltage-controlled component V1 is connected to the anode of the light-emitting
В другом варианте осуществления изобретения, не показанном на фиг. 3, первый вывод V1_1 управляемого напряжением компонента V1 соединен с выходом N8_2 импульсного регулятора N8, второй вывод V1_2 управляемого напряжением компонента V1 соединен с первым выводом токоизмерительного резистора R1, а второй вывод токоизмерительного резистора R1 соединен с анодом светоизлучательной нагрузки 3, например с анодом первого СИД Vn из всех последовательно соединенных СИД V3 - Vn. Катод СИД V3 подключен к опорному потенциалу.In another embodiment of the invention, not shown in FIG. 3, the first terminal V1_1 of the voltage-controlled component V1 is connected to the output N8_2 of the switching regulator N8, the second terminal V1_2 of the voltage-controlled component V1 is connected to the first terminal of the current-sensing resistor R1, and the second terminal of the current-sensing resistor R1 is connected to the anode of the light-emitting
Специалист в области схем возбуждения светоизлучателей может легко реализовать эти варианты осуществления изобретения. Поскольку в этих вариантах осуществления изобретения выходной ток источника 1 течет от вывода V1_2 к светоизлучательной нагрузке, термин "источник тока" является более подходящим с чисто теоретической точки зрения.One skilled in the art of light emitter drive circuits can easily implement these embodiments of the invention. Since in these embodiments the output current of the
Поскольку топология "источника 1 тока" одинакова во всех вариантах осуществления изобретения, а изменяется только направление выходного тока, поступающего на светоизлучательную нагрузку 3, термин "источник тока" используется в настоящем описании в качестве общего.Since the topology of the "
Второй вывод V1_2 МОП V1 соединен с первым выводом токоизмерительного резистора R1 (шунта). Второй вывод токоизмерительного резистора R1 подключен к опорному потенциалу.The second terminal V1_2 of MOS V1 is connected to the first terminal of the current measuring resistor R1 (shunt). The second terminal of the current-measuring resistor R1 is connected to the reference potential.
Управляющий вывод V1_3 МОП V1 соединен с выходом операционного усилителя N4. Положительный вход операционного усилителя N4 соединен с первым выводом N3_1 переключательного элемента N3. Отрицательный вход операционного усилителя N4 соединен с первым выводом токоизмерительного резистора R1.The control pin V1_3 of MOS V1 is connected to the output of operational amplifier N4. The positive input of the operational amplifier N4 is connected to the first terminal N3_1 of the switching element N3. The negative input of the operational amplifier N4 is connected to the first terminal of the current measuring resistor R1.
Второй вывод N3_2 переключательного элемента N3 соединен с выходом источника N2 напряжения, который в данном случае представляет собой ЦАП. Вход ЦАП соединен с микроконтроллером N1. В альтернативном (не показанном) варианте второй вывод N3_2 переключательного элемента N3 соединен с аналоговым выходом микроконтроллера N1, при этом ЦАП представляет собой составную часть микроконтроллера N1.The second pin N3_2 of the switching element N3 is connected to the output of the voltage source N2, which in this case is a DAC. The DAC input is connected to microcontroller N1. In an alternative (not shown) embodiment, the second pin N3_2 of switch element N3 is connected to the analog output of microcontroller N1, wherein the DAC is an integral part of microcontroller N1.
На управляющий вывод N3_3 переключательного элемента N3 снова подается импульсный сигнал U7. Импульсный сигнал U7 генерируется микроконтроллером N1. Этот импульсный сигнал U7 характеризуется интервалом формирования импульса, в котором переключательный элемент N3 переключается в первое (замкнутое) состояние переключения, и интервалом паузы импульса, в котором переключательный элемент N3 переключается во второе (разомкнутое) состояние переключения. Переключательный элемент N3 представляет собой, например, электронный переключательный элемент, например транзистор. На фиг. 3 переключательный элемент N3 показан во втором (разомкнутом) состоянии переключения, в котором первый (положительный) вход операционного усилителя N4 не соединен с выходом ЦАП N2. В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения (не показан) во втором состоянии переключения переключательного элемента N3 первый вход операционного усилителя N4 подключен к опорному потенциалу, так что возможно имеющиеся заряды стекают с операционного усилителя. В результате опорный потенциал присутствует и на выходе операционного усилителя, так что обеспечивается отсутствие тока через светоизлучательную нагрузку.The control terminal N3_3 of the switching element N3 is again supplied with a pulse signal U7. Pulse signal U7 is generated by microcontroller N1. This pulse signal U7 is characterized by a pulse shaping interval in which the switch element N3 switches to the first (closed) switching state, and a pulse pause interval in which the switching element N3 switches to the second (open) switching state. The switching element N3 is, for example, an electronic switching element such as a transistor. In fig. 3, switching element N3 is shown in a second (open) switching state in which the first (positive) input of operational amplifier N4 is not connected to the output of DAC N2. In one preferred embodiment of the invention (not shown), in the second switching state of the switching element N3, the first input of the operational amplifier N4 is connected to a reference potential, so that any available charges drain from the operational amplifier. As a result, the reference potential is also present at the output of the op-amp, so that no current flows through the light-emitting load.
В не показанном первом (разомкнутом) состоянии переключения переключательного элемента N3 первый (положительный) вход операционного усилителя N4 соединен с выходом ЦАП N2.In the not shown first (open) switching state of switching element N3, the first (positive) input of operational amplifier N4 is connected to the output of DAC N2.
Как и на фиг. 1, первый вывод V1_1 МОП на фиг. 3 тоже соединен с первым входом 21 блока 2 управления. Второй вывод V1_2 МОП соединен со вторым входом 2_2 блока 2 управления. Благодаря этому падение напряжения UDS на МОП может быть снято блоком 2 управления. Выход 2_3 блока 2 управления соединен со входом управления N8_3 импульсного регулятора N8 для подачи управляющего напряжения U4, регулируемого в зависимости от падения напряжения на МОП V1.As in FIG. 1, the first pin V1_1 of the MOS in FIG. 3 is also connected to the
Блок 2 управления, показанный на фиг. 3, содержит узел 21 сравнения, узел 22 регулирования управляющего напряжения и логический вентиль И-НЕ D1.
Вместо логического вентиля И-НЕ D1 можно также использовать другой логический вентиль, чтобы связать друг с другом по времени импульсный сигнал U7 и выходной сигнал узла 21 сравнения.Instead of the NAND gate D1, another logic gate can also be used to time the pulse signal U7 and the output signal of the
Узел 21 сравнения содержит компаратор N5, первый (положительный) вход которого соединен с анодом диода V2. Катод диода V2 соединен с первым выводом V1_1 МОП и представляет собой первый вход 2_1 блока 2 управления. Анод диода V2 также соединен с первым выводом резистора R2. Второй вывод резистора R2 соединен с источником напряжения U2. Анод диода V2 также соединен с первым выводом накопительного конденсатора С1.
Второй вывод накопительного конденсатора С1 соединен со вторым выводом V1_2 МОП и представляет собой второй вход 2_2 блока 2 управления. Второй вывод накопительного конденсатора С1 соединен со вторым выводом источника постоянного напряжения U1. Первый вывод источника постоянного напряжения U1 соединен со вторым (отрицательным) входом компаратора N5.The second output of the storage capacitor C1 is connected to the second output V1_2 of the MOS and represents the second input 2_2 of the
Выход компаратора N5 соединен с первым входом D1_1 логического вентиля И-НЕ D1. Второй вход D1_2 логического вентиля И-НЕ D1 соединен с выходом микроконтроллера N1, который выдает импульсный сигнал U7. Выход D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 соединен со входом управления переключательного элемента N6 узла 22 регулирования управляющего напряжения. Переключательный элемент N6 представляет собой, например, аналоговый переключатель на полевом транзисторе (МОП-ключ).The output of comparator N5 is connected to the first input D1_1 of the NAND gate D1. The second input D1_2 of the NAND gate D1 is connected to the output of the microcontroller N1, which produces a pulse signal U7. The output D1_3 of the AND-NOT logic gate D1 is connected to the control input of the switching element N6 of the control
Первый входной вывод переключательного элемента N6 соединен с первым выводом резистора R3 узла 22 регулирования управляющего напряжения. Второй вывод резистора R3 соединен с источником напряжения U3 узла 22 регулирования управляющего напряжения. Второй входной вывод переключательного элемента N6 соединен с первым выводом резистора R4 узла 22 регулирования управляющего напряжения. Второй вывод резистора R4 подключен к опорному потенциалу.The first input terminal of the switching element N6 is connected to the first terminal of the resistor R3 of the control
Выходной вывод переключательного элемента N6 соединен с первым выводом накопительного конденсатора С2 узла 22 регулирования управляющего напряжения. Второй вывод накопительного конденсатора С2 подключен к опорному потенциалу.The output terminal of the switching element N6 is connected to the first terminal of the storage capacitor C2 of the control
В результате воздействия, путем подачи соответствующего сигнала, управляющего вывода переключательного элемента N6 происходит соединение с первым выводом накопительного конденсатора С2 либо первого вывода резистора R3, либо первого вывода резистора R4.As a result of the action, by applying the appropriate signal, the control output of the switching element N6 is connected to the first output of the storage capacitor C2, either the first output of the resistor R3, or the first output of the resistor R4.
Резистор R3 и накопительный конденсатор С2 образуют первую RC-цепь. Резистор R4 и накопительный конденсатор С2 образуют вторую RC-цепь. Постоянные времени обеих RC-цепей выбраны таким образом, что функционирование схемы возбуждения светоизлучателей обеспечивается во всех трех рабочих фазах (фазе запуска, фазе регулирования, фазе установившегося состояния). В соответствии с одной из рекомендаций по выбору параметров (которая не является ограничивающей для объекта изобретения) сопротивление R4 значительно (в частности, по меньшей мере в 10 раз) превышает сопротивление R3, например отношение R4/R3 равно 60. Этим обеспечивается лишь незначительное изменение управляющего напряжения U4 в течение периода импульса.Resistor R3 and storage capacitor C2 form the first RC circuit. Resistor R4 and storage capacitor C2 form the second RC circuit. The time constants of both RC circuits are selected in such a way that the functioning of the light emitter excitation circuit is ensured in all three operating phases (start-up phase, control phase, steady-state phase). In accordance with one of the recommendations for the selection of parameters (which is not limiting for the subject of the invention), the resistance R4 is significantly (in particular, at least 10 times) higher than the resistance R3, for example, the ratio R4/R3 is 60. This ensures only a slight change in the control voltage U4 during the pulse period.
Первый вывод накопительного конденсатора С2 узла 22 регулирования управляющего напряжения соединен со входом усилительного каскада N7. Выход усилительного каскада N7 обеспечивает управляющее напряжение U4 и, таким образом, представляет собой выход 2_3 блока 2 управления. В предпочтительном варианте осуществления изобретения усилительный каскад N7 имеет коэффициент усиления +1. Это позволяет получить особенно простую схему с небольшим количеством электронных компонентов.The first output of the storage capacitor C2 of the control
Ниже поясняется принцип действия схемы возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 3.The operating principle of the light emitter driving circuit shown in FIG. 1 is explained below. 3.
Переключаемый источник 1 тока может подключаться и отключаться с помощью импульсного сигнала U7. Уровень выходного тока источника 1 тока устанавливается посредством источника N2 напряжения, в данном случае аналогового выходного значения ЦАП или микроконтроллера N1. При этом возможные изменения уровня выходного тока должны быть синхронизированы с импульсным сигналом таким образом, чтобы в результате через светоизлучательную нагрузку проходила циклически изменяющаяся последовательность импульсов тока.Switchable
Светоизлучательная нагрузка V3 питается от высокоэффективного импульсного регулятора N8 с выходным напряжением U5. Его входное напряжение U6 представляет собой напряжение питания, составляющее, например, 24 В постоянного тока.The light-emitting load V3 is powered by a high-efficiency switching regulator N8 with an output voltage U5. Its input voltage U6 is a supply voltage of, for example, 24 V DC.
Для обеспечения работы источника 1 тока с высоким КПД необходимо, чтобы падение напряжения между первым выводом V1_1 и вторым выводом V1_2 компонента, управляемого напряжением, было как можно меньше во время нахождения в первом (разомкнутом) состоянии переключения. Например, падение напряжения составляет приблизительно 1,5 В. В отрегулированном состоянии схемы возбуждения светоизлучателей на фиг. 3 напряжение между первым выводом V1_1 и вторым выводом V1_2 компонента, управляемого напряжением, устанавливается узлом 21 сравнения, в частности по уровню источника постоянного напряжения U1.To ensure high efficiency operation of the
Импульсный регулятор N8 соединен своим входом N8_3 управления с выходом 2_3 блока 2 управления и, следовательно, с выходом усилительного каскада N7 узла 22 регулирования управляющего напряжения. Выходное напряжение U5 импульсного регулятора N8 линейно снижается, например при повышении управляющего напряжения U4. Таким образом, уровень выходного напряжения U5 можно регулировать с помощью уровня управляющего напряжения U4. Уровень управляющего напряжения U4 регулируется блоком 2 управления.The pulse regulator N8 is connected by its control input N8_3 to the output 2_3 of the
Импульсный сигнал U7 представляет собой, например, двоичный сигнал и имеет логический уровень "НИЗКИЙ" для переключения переключательного элемента N3 во второе состояние переключения и логический уровень "ВЫСОКИЙ" для переключения переключательного элемента N3 в первое состояние переключения. Конкретные значения напряжения для обоих уровней, равно как и сопоставление этих уровней с состояниями переключения переключательного элемента N3 не являются релевантными изобретению.The pulse signal U7 is, for example, a binary signal and has a logic level "LOW" for switching switch element N3 to the second switching state and a logic level "HIGH" for switching switch element N3 to the first switching state. The specific voltage values for both levels, as well as the comparison of these levels with the switching states of the switching element N3, are not relevant to the invention.
На фиг. 4 приведен второй пример исполнения предлагаемой в изобретении схемы возбуждения светоизлучателей, основанной на принципе, представленном на фиг. 2. Во избежание ненужных повторений указаны только отличия от фиг. 3. Вместо аналоговых элементов схемы, показанной на фиг.3, контур управления на фиг. 4 выполнен, по меньшей мере частично, цифровым, причем падение напряжения преобразуется с помощью АЦП 23 в цифровое значение, которое может быть оценено микроконтроллером 24. Затем микроконтроллер 24 отображает, для регулирования цифрового управляющего напряжения, значения, выдаваемые узлом 21 сравнения и узлом 22 регулирования управляющего напряжения 22, показанными на фиг. 1 и 3. Полученное в результате цифровое управляющее напряжение преобразуется с помощью ЦАП 25 в аналоговое управляющее напряжение U4 и подается на вход 2_3 управления импульсного регулятора N8. Блок 2 управления может быть полностью выполнен в виде компьютерного программного продукта. Микроконтроллер N1 предпочтительно также представляет собой микроконтроллер 24 для регулирования управляющего напряжения U4. В одном варианте осуществления изобретения ЦАП 25 и/или АЦП 23 представляет собой часть микроконтроллера 24. Это позволяет уменьшить количество компонентов и снизить энергопотребление.In fig. 4 shows a second example of the implementation of the light emitter excitation circuit proposed in the invention, based on the principle presented in FIG. 2. To avoid unnecessary repetition, only differences from Fig. 1 are indicated. 3. Instead of the analog elements of the circuit shown in Fig. 3, the control loop in Fig. 4 is at least partially digital, the voltage drop being converted by an
Все схемы возбуждения светоизлучателей, показанные на фиг. 1-4 настоящей заявки, имеют три временных рабочих фазы. Первая рабочая фаза называется "фазой запуска", вторая - "фазой регулирования", третья - "фазой установившегося состояния" (более подробную информацию см. на фиг. 6-14). Ниже принцип действия схемы возбуждения светоизлучателей, предлагаемой в изобретении, более подробно поясняется со ссылками на конкретный пример осуществления, представленный на фиг. 6-14.All excitation circuits for light emitters shown in Fig. 1-4 of this application have three temporary operating phases. The first operating phase is called the "start-up phase", the second - the "control phase", the third - the "steady state phase" (for more information, see Fig. 6-14). Below, the principle of operation of the light emitter excitation circuit proposed in the invention is explained in more detail with reference to a specific embodiment shown in FIG. 6-14.
В фазе запуска на соответствующие компоненты схемы возбуждения светоизлучателей подаются требуемые значения входного напряжения и напряжения питания. В случае схемы возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 3, в этой первой фазе входное напряжение U6 подается на импульсный регулятор N8, напряжение U1 подается на второй вход компаратора N5, напряжение U2 подается на резистор R2 и напряжение U3 подается на резистор R3. Кроме того, подаются рабочие напряжения, необходимые для питания операционного усилителя N4, компаратора N5, усилителя N7, микроконтроллера N1 и ЦАП N2. В этой первой фазе управляющее напряжение U4 в каждой схеме возбуждения светоизлучателей имеет нерегулируемое значение, например значение 0 В, а импульсный сигнал U7 имеет постоянный уровень "НИЗКИЙ", вследствие чего на длительное время происходит переключение переключательного элемента N3 во второе состояние переключения, так что в этой первой фазе источник 1 тока является постоянно деактивированным. При этом накопительный конденсатор С1 узла 21 сравнения (см. фиг. 3) заряжается до уровня напряжения источника напряжения U2. Уровень напряжения источника напряжения U2 превышает уровень напряжения источника постоянного напряжения U1 на отрицательном входе компаратора N5. (Постоянный) логический уровень "НИЗКИЙ" импульсного сигнала U7 на втором входе D1_2 логического вентиля И-НЕ D1 также поддерживает выход D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 на логическом уровне "ВЫСОКИЙ". Сигнал с логическим уровнем "ВЫСОКИЙ" на выходе D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 подается на управляющий вывод переключательного элемента N6 (в данном случае - электронного переключателя) и переключает переключательный элемент N6 в состояние, которое не показано на фиг. 3 и в котором первый вывод резистора R4 соединен с первым выводом накопительного конденсатора С2 узла 22 регулирования управляющего напряжения. В результате накопительный конденсатор С2 разряжается или поддерживается в разряженном состоянии, а управляющее напряжение U4 уменьшается или остается на минимальном значении. Например, если минимальное значение управляющего напряжения U4 равно 0 В, то выходное напряжение U5 доводится импульсным регулятором N8 до максимального значения, составляющего, как правило, 19 В постоянного тока.In the startup phase, the required values of the input voltage and supply voltage are supplied to the corresponding components of the light emitter excitation circuit. In the case of the light emitter driving circuit shown in FIG. 3, in this first phase, the input voltage U6 is supplied to the switching regulator N8, the voltage U1 is supplied to the second input of the comparator N5, the voltage U2 is supplied to resistor R2, and the voltage U3 is supplied to resistor R3. In addition, the operating voltages required to power operational amplifier N4, comparator N5, amplifier N7, microcontroller N1 and DAC N2 are supplied. In this first phase, the control voltage U4 in each light emitter excitation circuit has an unregulated value, for example a value of 0 V, and the pulse signal U7 has a constant “LOW” level, as a result of which the switching element N3 switches to the second switching state for a long time, so that In this first phase, the
Если импульсный сигнал U7 впервые меняет свое логическое состояние с логического "НИЗКИЙ" на логическое "ВЫСОКИЙ", то начинается вторая рабочая фаза ("фаза регулирования") схемы возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 1-4. При этом перевод в первое состояние переключения переключательного элемента N3 (источник 1 тока подключен) производится посредством импульсного сигнала U7. В этом случае падение напряжения UDS на МОП превышает разность между уровнем напряжения постоянного тока U1 и прямым напряжением Uf_V2 диода V2 в прямом направлении (фиг. 3). Таким образом, на выходе компаратора N5 на фиг. 3 сохраняется первоначальный логический уровень "ВЫСОКИЙ". Уровень "ВЫСОКИЙ" компаратора N5 и уровень "ВЫСОКИЙ" импульсного сигнала U7 переключают выход логического вентиля И-НЕ D1 на логический уровень "НИЗКИЙ". Это переключение выхода логического вентиля И-НЕ D1 воздействует на управляющий вывод переключательного элемента N6, вызывая переключение последнего (в состояние переключения, показанное на фиг. 3). Тем самым первый вывод резистора R3 соединяется с первым выводом конденсатора С2, в результате чего накопительный конденсатор С2 заряжается через резистор R3. С ростом напряжения на накопительном конденсаторе С2 происходит и рост управляющего напряжения U4.If the pulse signal U7 first changes its logic state from logic "LOW" to logic "HIGH", then the second operating phase ("regulation phase") of the light emitter driving circuit shown in FIG. 1-4. In this case, the transition to the first switching state of the switching element N3 (
Если в то же время через светоизлучательную нагрузку проходит достаточный средний ток, составляющий, например, 60 мА, то выходное напряжение U5 снижается посредством импульсного регулятора N8 из-за отрицательного коэффициента пропорциональности между управляющим напряжением U4 и выходным напряжением U5 в схеме возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 1-4. Последовательность импульсов напряжения U7 и входной сигнал в ЦАП N2 должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечивался достаточный средний ток через светоизлучательную нагрузку. По мере снижения выходного напряжения U5 снижается напряжение сток-исток UDS МОП (UDS представляет собой падение напряжения между первым выводом V1_1 и вторым выводом V1_2 МОП V1). Если падение напряжения UDS (фиг. 3) меньше разности между уровнем напряжения постоянного тока U1 и прямым напряжением Uf_V2 диода V2, то выход компаратора N5 изменяет (перебрасывает) напряжение сравнения из первого состояния (логический уровень "ВЫСОКИЙ") во второе состояние (логический уровень "НИЗКИЙ"). Это перебрасывание переключает выход D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 на логический уровень "ВЫСОКИЙ", в результате чего переключательный элемент N6 переключается и соединяет первый вывод резистора R4 с первым выводом накопительного конденсатора С2. Вследствие этого снова происходит частичная разрядка накопительного конденсатора С2 и снижение управляющего напряжения U4. Как в фазе регулирования, так и в фазе установившегося состояния схемы возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 1-4, импульсный сигнал U7 подается на переключательный элемент N3 для периодического (циклического) подключения и отключения источника 1 тока. Из этого следует, что светоизлучательная нагрузка 3 включается или выключается в соответствии с импульсным сигналом. При этом генерируются, например, вспышки света, излучаемого на объект измерения для получения и оценки характерной реакции на них. Это позволяет, например, проверить подлинность машиночитаемых признаков на объектах измерения.If, at the same time, a sufficient average current of, for example, 60 mA flows through the light-emitting load, then the output voltage U5 is reduced by the switching regulator N8 due to the negative proportionality coefficient between the control voltage U4 and the output voltage U5 in the light-emitting circuit shown in fig. 1-4. The voltage pulse sequence U7 and the input signal to the DAC N2 must be selected in such a way as to provide sufficient average current through the light-emitting load. As the output voltage of U5 decreases, the drain-to-source voltage UDS of the MOS decreases (UDS is the voltage drop between the first pin V1_1 and the second pin V1_2 of the MOS V1). If the voltage drop UDS (Fig. 3) is less than the difference between the DC voltage level U1 and the forward voltage Uf_V2 of diode V2, then the output of comparator N5 changes (throws) the comparison voltage from the first state (logical level "HIGH") to the second state (logical level "SHORT"). This flip switches the output D1_3 of the NAND gate D1 to the logic level "HIGH", causing switching element N6 to switch and connect the first terminal of resistor R4 to the first terminal of storage capacitor C2. As a result, the storage capacitor C2 is partially discharged again and the control voltage U4 is reduced. Both in the control phase and in the steady state phase of the light emitter driving circuit shown in FIG. 1-4, the pulse signal U7 is supplied to the switching element N3 for periodic (cyclic) connection and disconnection of
На протяжении периода каждого импульса (равного сумме длительностей собственно импульса и его паузы) имеет место незначительная зарядка и разрядка накопительного конденсатора С2 узла 22 регулирования управляющего напряжения (фиг.3). Среднее напряжение на накопительном конденсаторе С2 задает стабильное значение управляющего напряжения U4 и, соответственно, выходного напряжения U5 импульсного регулятора N8. Это стабильное значение выходного напряжения U5 обеспечивает управление источником 1 тока в оптимальной рабочей точке характеристики ток-напряжение МОП. Значение напряжения источника постоянного напряжения U1 определяет напряжение сток-исток UDS МОП в фазе установившегося состояния.During the period of each pulse (equal to the sum of the durations of the pulse itself and its pause), there is a slight charging and discharging of the storage capacitor C2 of the control voltage control unit 22 (Fig. 3). The average voltage on the storage capacitor C2 sets a stable value of the control voltage U4 and, accordingly, the output voltage U5 of the pulse regulator N8. This stable output voltage value of U5 ensures that
Вторая рабочая фаза (фаза регулирования) заканчивается, когда среднее значение управляющего напряжения U4 больше не возрастает монотонно в течение длительного времени, например 10 периодов импульсов, в частности более 5 мс, а только изменяется между двумя уровнями в течение этого периода времени. С окончанием фазы регулирования начинается фаза установившегося состояния - собственно рабочая фаза схемы возбуждения светоизлучателей.The second operating phase (regulation phase) ends when the average value of the control voltage U4 no longer increases monotonically over a long time, for example 10 pulse periods, in particular more than 5 ms, but only changes between two levels during this period of time. With the end of the regulation phase, the steady state phase begins - the actual operating phase of the light emitter excitation circuit.
Таким образом, с помощью блока 2 управления схемы возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 1-4, достигается стабильное значение выходного напряжения U5, которое компенсирует номинальную разницу в значениях прямого напряжения светоизлучателей и флуктуации этого напряжения во время работы схемы возбуждения светоизлучателей, обусловленные деградацией или колебаниями температуры (нагрев/охлаждение) внутри или снаружи схемы, а также флуктуациями напряжения импульсного регулятора N8. Повышенную потерю мощности на компоненте V1, управляемом напряжением, в фазе регулирования схемы возбуждения светоизлучателей необходимо учитывать при выборе компонентов и тепловом расчете печатной платы.Thus, using the
На фиг. 5 представлена схема последовательности операций (в первом примере исполнения) предлагаемого в изобретении способа 100 приведения в действие светоизлучательной нагрузки посредством схемы возбуждения светоизлучателей, относящейся к описанному выше типу.In fig. 5 is a flow chart (in a first embodiment) of the
На первом шаге 101 импульсный сигнал подается на переключательный элемент с целью обеспечения наличия соединения управляющего вывода компонента, управляемого напряжением, с источником напряжения в интервале формирования импульса и отсутствия такого соединения в интервале паузы импульса. На следующем шаге 102 с помощью блока управления производится съем падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением. На шаге 103 с помощью узла сравнения в блоке управления определяется, превышает ли падение напряжения UDS разность между уровнями напряжения U1 постоянного тока и прямого напряжения Uf_V2 диода V2.In a
В случае ответа "Да" на шаге 103 напряжение сравнения переключается в первое состояние (шаг 104). Затем на шаге 105 осуществляется регулирование (в данном случае в сторону повышения) управляющего напряжения с помощью блока 2 управления, причем управляющее напряжение регулируется в зависимости от падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением. На следующем шаге 106 управляющее напряжение подается на импульсный регулятор, выходное напряжение импульсного регулятора уменьшается и выводится для приведения в действие светоизлучательной нагрузки, при этом выходное напряжение предпочтительно уменьшается линейно с увеличением управляющего напряжения. Уменьшение выходного напряжения приводит к уменьшению падения напряжения UDS.If the answer is "Yes", at
В случае ответа "Нет" на шаге 103 напряжение сравнения переключается во второе состояние (шаг 107). Затем на шаге 108 осуществляется регулирование (в данном случае в сторону снижения) управляющего напряжения U4 с помощью блока 2 управления, причем управляющее напряжение регулируется в зависимости от падения напряжения на компоненте, управляемом напряжением. На следующем шаге 109 управляющее напряжение подается на импульсный регулятор, выходное напряжение импульсного регулятора увеличивается и выводится для приведения в действие светоизлучательной нагрузки, при этом выходное напряжение предпочтительно увеличивается линейно с уменьшением управляющего напряжения. Увеличение выходного напряжения приводит к увеличению падения напряжения UDS.If the answer is “No” at
Способ, представленный на схеме последовательности операций (фиг. 5), может быть использован в качестве способа функционирования (приведения в действие) любой из схем возбуждения светоизлучателей, показанных на фиг. 1-4. В аналогичных вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг. 1 и 3, все шаги способа выполняются параллельно.The method shown in the flowchart (FIG. 5) can be used as a method for operating (driving) any of the light emitter driving circuits shown in FIG. 1-4. In similar embodiments of the invention shown in FIGS. 1 and 3, all steps of the method are performed in parallel.
На фиг. 6 представлена первая временная диаграмма напряжения/тока выбранных сигналов в схеме возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 1-4, в частности на фиг. 3. Здесь показаны характеристика регулируемого выходного напряжения U5 импульсного регулятора N8 во временном промежутке от 0 до 4 секунд, характеристика напряжения на первом выводе V1_1 МОП V1 во временном промежутке от 0 до 4 секунд, характеристика напряжения на втором выводе V1_2 МОП V1 во временном промежутке от 0 до 4 секунд, характеристика управляющего напряжения U4 во временном промежутке от 0 до 4 секунд, характеристика напряжения импульсного сигнала U7 во временном промежутке от 0 до 4 секунд, характеристика напряжения на выходе D1_3 логического вентиля D1 во промежутке от 0 до 4 секунд и характеристика тока через токоизмерительный резистор R1 во временном промежутке от 0 до 4 секунд.In fig. 6 is a first voltage/current timing diagram of selected signals in the light emitter driving circuit shown in FIG. 1-4, in particular in FIG. 3. Shown here is the characteristic of the regulated output voltage U5 of the pulse regulator N8 in the time interval from 0 to 4 seconds, the voltage characteristic at the first terminal V1_1 of MOS V1 in the time interval from 0 to 4 seconds, the voltage characteristic at the second terminal V1_2 of MOS V1 in the time interval from 0 to 4 seconds, characteristic of the control voltage U4 in the time interval from 0 to 4 seconds, characteristic of the voltage of the pulse signal U7 in the time interval from 0 to 4 seconds, characteristic of the voltage at the output D1_3 of logic gate D1 in interval from 0 to 4 seconds and the characteristic of the current through the current-measuring resistor R1 in the time interval from 0 to 4 seconds.
Временная диаграмма напряжения/тока, показанная на фиг. 6, разделена на три рабочие фазы. Временной промежуток от 0 секунд до 0,4 секунды соответствует упомянутой выше фазе запуска: U5 на 19 В, U4 на 0 В, U7 на постоянном уровне "НИЗКИЙ". Таким образом, источник 1 тока в этой рабочей фазе является деактивированным, что отображается значением 0 А тока I_R1 через токоизмерительный резистор R1. Ток I_R1 соответствует току через светоизлучательную нагрузку 3 и поэтому далее также называется током светоизлучателя. Согласно фиг. 3, уровень "НИЗКИЙ" импульсного сигнала U7 имеет следствием уровень "ВЫСОКИЙ" на выходе D13 логического вентиля И-НЕ D1.The voltage/current timing diagram shown in FIG. 6, is divided into three working phases. The time interval from 0 seconds to 0.4 seconds corresponds to the start-up phase mentioned above: U5 at 19 V, U4 at 0 V, U7 at a constant "LOW" level. Thus,
В течение этого временного промежутка (фазы запуска) управляющее напряжение U4, равное 0 В, обеспечивает получение максимального уровня регулируемого выходного напряжения U5 импульсного регулятора N8, составляющего 19 В, благодаря зависимости (например, отрицательной линейной) между напряжениями U4 и U5. Таким образом, падение напряжения между первым выводом V1_1 и вторым выводом V1_2 компонента V1 (МОП), управляемого напряжением, является максимальным и в этой первой фазе составляет, например, 18 В. (Характеристики напряжения были получены путем моделирования. Из-за ограничений программы моделирования получаемое значение падения напряжения меньше на 1 В. В реализованной схеме падение напряжения также составляет 19 В.) Поскольку максимальное напряжение сток-исток UDS присутствует в фазе запуска, достаточный ток светоизлучателя может быть обеспечен уже при формировании первого импульса (начало фазы регулирования) независимо от выбора светоизлучательной нагрузки.During this time period (start-up phase), the control voltage U4 of 0 V ensures that the switching regulator N8's regulated output voltage U5 reaches its maximum level of 19 V, due to the relationship (eg negative linear) between the voltages U4 and U5. Thus, the voltage drop between the first terminal V1_1 and the second terminal V1_2 of the voltage controlled component V1 (MOS) is maximum and in this first phase is, for example, 18 V. (Voltage characteristics were obtained by simulation. Due to the limitations of the simulation program the resulting voltage drop value is 1 V less. In the implemented circuit, the voltage drop is also 19 V.) Since the maximum drain-source voltage UDS is present in the startup phase, sufficient light emitter current can be ensured already during the formation of the first pulse (beginning of the regulation phase) regardless of selection of light-emitting load.
Вторая рабочая фаза (фаза регулирования) начинается с первого переключения импульсного сигнала U7 с логического уровня "НИЗКИЙ" на логический уровень "ВЫСОКИЙ" на временной отметке 0,4 секунды. Источник 1 тока активируется в интервалах формирования импульсов импульсного сигнала U7, в результате чего устанавливается ток I_R1 светоизлучателя, составляющий, например, 1 А. Возможны и другие значения тока. Импульсный сигнал U7 может представлять собой, например, пакетный сигнал и содержать заданное число отдельных импульсов, называемых также пакетами. Пример импульсного сигнала показан на фиг. 8. Изобретение не ограничивается пакетными импульсными сигналами, показанными на фиг. 8.The second operating phase (control phase) begins with the first switching of the pulse signal U7 from the logic level "LOW" to the logic level "HIGH" at the time mark of 0.4 seconds. The
Вторая рабочая фаза (фаза регулирования) заканчивается на временной отметке 2,2 секунды, что видно по окончанию роста управляющего напряжения U4 и что, в частности, отображено на фиг. 6 постоянным средним напряжением UDS (разностью напряжений на выводах V1_1 и V1_2 МОП). Кроме того, выход D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 переключается в фазе установившегося состояния с меньшей частотой.The second operating phase (regulation phase) ends at the time mark of 2.2 seconds, which can be seen from the end of the increase in control voltage U4 and which, in particular, is shown in Fig. 6 constant average voltage UDS (voltage difference at pins V1_1 and V1_2 of the MOS). In addition, the output D1_3 of the NAND gate D1 switches in the steady state phase at a lower frequency.
На фиг. 7 представлен выбранный участок (нем. Bereichsauswahl - "Выбор участка") показанной на фиг. 6 временной диаграммы напряжения/тока, расположенный между временными отметками 3,26 и 3,44 секунды (см. также обозначение "Выбор участка" на фиг. 6). Здесь показаны временные характеристики напряжений и тока в третьей рабочей фазе (фазе установившегося состояния). В данном случае шкала напряжения для U4 увеличена в 100 раз и смещена в указанный участок диаграммы. В этом представлении отчетливо различимо небольшое повышение и понижение управляющего напряжения U4 в результате зарядки и разрядки накопительного конденсатора С2 в соответствии с фиг. 6, вызванное переключением выхода D13 логического вентиля И-НЕ D1. Таким образом, во временном промежутке между отметками 3,3 и 3,41 секунды (то есть в промежутке, включающем приблизительно 5 пакетов) управляющее напряжение U4 постоянно немного снижается, поскольку выход D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 постоянно поддерживается на логическом уровне "ВЫСОКИЙ" несмотря на импульсный сигнал U7. Это означает, что первый вывод резистора R4 соединен с первым выводом конденсатора С2. Результирующая постоянная времени второй RC-цепи (образованной из R4 и С2) значительно превышает интервал пакета импульсного сигнала U7. Повторяющееся появление уровня "НИЗКИЙ" на выходе D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 в промежутках между временными отметками 3,28-3,3 секунды и 3,41-3,43 секунды приводит к переключению переключательного элемента N6 таким образом, что первый вывод резистора R3 соединяется с конденсатором С2. Это приводит к зарядке накопительного конденсатора С2 и, следовательно, к повышению управляющего напряжения U4. В результате U4 колеблется с низкой амплитудой вокруг регулируемого значения.In fig. 7 shows the selected area (German: Bereichsauswahl - "Select area") shown in FIG. 6 of the voltage/current timing diagram, located between the time marks of 3.26 and 3.44 seconds (see also the designation "Site Selection" in Fig. 6). Shown here are the time characteristics of voltages and currents in the third operating phase (steady state phase). In this case, the voltage scale for U4 is increased 100 times and shifted to the indicated area of the diagram. In this representation, a slight increase and decrease in the control voltage U4 is clearly visible as a result of charging and discharging the storage capacitor C2 in accordance with FIG. 6, caused by switching output D13 of the NAND gate D1. Thus, in the time interval between the 3.3 and 3.41 second marks (that is, in the interval comprising approximately 5 packets), the control voltage of U4 is constantly reduced slightly, since the output D1_3 of the NAND gate D1 is constantly maintained at the logic level "HIGH". "despite the U7 pulse signal. This means that the first terminal of resistor R4 is connected to the first terminal of capacitor C2. The resulting time constant of the second RC circuit (formed from R4 and C2) significantly exceeds the interval of the U7 pulse signal packet. The repeated occurrence of the "LOW" level at the output D1_3 of the NAND gate D1 in the intervals between the time marks 3.28-3.3 seconds and 3.41-3.43 seconds leads to switching of the switching element N6 in such a way that the first terminal of the resistor R3 is connected to capacitor C2. This leads to charging of the storage capacitor C2 and, consequently, to an increase in the control voltage U4. As a result, U4 oscillates with low amplitude around the adjusted value.
На фиг. 8 представлен выбранный участок показанной на фиг. 7 временной диаграммы напряжения/тока, расположенный между временными отметками 3,4 и 3,42 секунды (см. также обозначение "Выбор участка" на фиг. 7). Таким образом, на фиг. 8, как и на фиг.7, показаны временные характеристики напряжений и тока в третьей рабочей фазе (фазе установившегося состояния). В данном случае шкала напряжения для U4 тоже увеличена в 100 раз и смещена в указанный участок диаграммы. Здесь показан в качестве примера импульсный сигнал U7, длительность периода пакета которого составляет 21 миллисекунду. Интервал пакета с этой длительностью периода включает в себя 30 отдельных импульсов, у каждого из которых интервал формирования составляет 100 микросекунд, а длительность периода - 500 микросекунд. Следовательно, результирующая пауза отдельного импульса составляет 400 микросекунд. Эта последовательность из 30 отдельных импульсов называется "пакетом", который повторяется с интервалом в одну паузу.In fig. 8 shows a selected section of the one shown in FIG. 7 of the voltage/current timing diagram, located between the time marks of 3.4 and 3.42 seconds (see also the designation "Site Selection" in Fig. 7). Thus, in FIG. 8, as in Fig. 7, shows the time characteristics of voltage and current in the third operating phase (steady state phase). In this case, the voltage scale for U4 is also increased 100 times and shifted to the indicated area of the diagram. Shown here as an example is a pulse signal U7 whose burst period is 21 milliseconds. A packet interval with this period length includes 30 individual pulses, each of which has a generation interval of 100 microseconds and a period duration of 500 microseconds. Therefore, the resulting pause of a single pulse is 400 microseconds. This sequence of 30 individual pulses is called a "burst", which is repeated at one pause interval.
На фиг. 8 показана связь между импульсным сигналом U7, результирующим падением напряжения UDS (разностью между напряжением на первом выводе V1_1 и напряжением на втором выводе V1_2) и током I_R1 через токоизмерительный резистор R1. Видно, что последние шесть отдельных импульсов показанного пакета (временной промежуток между отметками 3,412 и 3,415 секунды) вызывают переброс в другое логическое состояние выхода D1_3 логического вентиля И-НЕ D1, что приводит к повышению управляющего напряжения U4.In fig. Figure 8 shows the relationship between the pulse signal U7, the resulting voltage drop UDS (the difference between the voltage at the first pin V1_1 and the voltage at the second pin V1_2) and the current I_R1 through the current sense resistor R1. It can be seen that the last six individual pulses of the shown packet (the time interval between marks 3.412 and 3.415 seconds) cause the output D1_3 of the NAND gate D1 to be switched to another logical state, which leads to an increase in the control voltage U4.
На фиг. 9 представлена вторая временная диаграмма напряжения выбранных сигналов в схеме возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 1-4, в частности на фиг. 3. Здесь показаны характеристика регулируемого выходного напряжения U5 импульсного регулятора N8 во временном промежутке от 0 до 4 секунд, характеристика напряжения на первом выводе V1_1 МОП во временном промежутке от 0 до 4 секунд, характеристика напряжения на втором выводе V1_2 МОП во временном промежутке от 0 до 4 секунд и характеристика управляющего напряжения U4 во временном промежутке от 0 до 4 секунд.In fig. 9 is a second voltage timing diagram of selected signals in the light emitter drive circuit shown in FIG. 1-4, in particular in FIG. 3. This shows the characteristic of the regulated output voltage U5 of the N8 pulse regulator in a time interval from 0 to 4 seconds, the voltage characteristic at the first terminal V1_1 of the MOS in the time interval from 0 to 4 seconds, the voltage characteristic at the second terminal V1_2 of the MOS in the time interval from 0 to 4
диаграмма напряжения, показанная на фиг. 9, тоже разделена на три рабочие фазы. Временной промежуток от 0 секунд до 0,4 секунды соответствует упомянутой выше фазе запуска: U5 на 19 В, U4 на 0 В, U7 на постоянном уровне "НИЗКИЙ" (не показано). Поэтому источник 1 тока в этой рабочей фазе является деактивированным voltage diagram shown in Fig. 9, is also divided into three working phases. The time period from 0 seconds to 0.4 seconds corresponds to the startup phase mentioned above: U5 at 19 V, U4 at 0 V, U7 at a constant LOW level (not shown). Therefore,
В течение этого промежутка (фазы запуска) управляющее напряжение U4, равное 0 В, обеспечивает получение максимального уровня регулируемого выходного напряжения U5 импульсного регулятора N8, составляющего 19 В, благодаря зависимости (например, обратно пропорциональной) между напряжениями U4 и U5. Таким образом, падение напряжения между первым выводом V1_1 и вторым выводом V1_2 компонента V1 (МОП), управляемого напряжением, является максимальным и в этой первой фазе тоже составляет 19 В. (Характеристика напряжения U5 смещена вверх на 0,4 В для лучшего распознавания).During this interval (start-up phase), the control voltage U4 equal to 0 V ensures that the maximum level of the regulated output voltage U5 of the switching regulator N8 is 19 V, due to the relationship (for example, inversely proportional) between the voltages U4 and U5. Thus, the voltage drop between the first pin V1_1 and the second pin V1_2 of the voltage controlled component V1 (MOS) is maximum and in this first phase is also 19 V. (The voltage characteristic of U5 is shifted up by 0.4 V for better discrimination).
Вторая рабочая фаза (фаза регулирования) начинается с первого переключения импульсного сигнала U7 с логического уровня "НИЗКИЙ" на логический уровень "ВЫСОКИЙ". Тем самым источник 1 тока активируется в интервалах формирования импульсов. Импульсный сигнал U7 может представлять собой, например, пакетный сигнал и содержать заданное число отдельных импульсов, называемых также пакетами. Такой импульсный сигнал показан на фиг. 10-14.The second operating phase (control phase) begins with the first switching of the pulse signal U7 from the logical level "LOW" to the logical level "HIGH". Thus, the
Вторая рабочая фаза в этом режиме работы заканчивается на временной отметке 2,3 секунды, что видно по окончанию роста управляющего напряжения U4 и что, в частности, отображено на фиг. 9 постоянным средним напряжением UDS (разностью напряжений на выводах V1_1 и V1_2).The second operating phase in this operating mode ends at the time mark of 2.3 seconds, which can be seen from the end of the increase in control voltage U4 and which, in particular, is shown in Fig. 9 constant average voltage UDS (voltage difference at pins V1_1 and V1_2).
На фиг. 10 представлен первый участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9. Расположение этого участка отмечено в верхней части фиг. 10. Участок, показанный на фиг. 10, выбирается в начале второй рабочей фазы (фазы регулирования). Очевидно, что имеет место большое падение напряжения UDS (разности между напряжениями на выводах V1_1 и V1_2), что соответствует большой потере мощности в интервале формирования импульса. Значение напряжения V1_2 также имеет постоянную амплитуду уже при первых импульсах, так что в этом интервале обеспечивается и требуемый ток светоизлучателя.In fig. 10 shows the first section of the voltage timing diagram shown in FIG. 9. The location of this section is marked at the top of FIG. 10. The area shown in FIG. 10 is selected at the beginning of the second operating phase (control phase). It is obvious that there is a large voltage drop UDS (the difference between the voltages at pins V1_1 and V1_2), which corresponds to a large loss of power in the pulse generation interval. The voltage value V1_2 also has a constant amplitude even at the first pulses, so that in this interval the required light emitter current is provided.
На фиг. 11 представлен второй участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9. Расположение этого участка отмечено в верхней части фиг. 11. Участок, показанный на фиг. 11, выбирается в начале третьей рабочей фазы (фазы установившегося состояния).In fig. 11 shows the second section of the voltage timing diagram shown in FIG. 9. The location of this section is marked at the top of FIG. 11. The area shown in FIG. 11 is selected at the beginning of the third operating phase (steady state phase).
На фиг. 12 представлен в качестве примера выбранный в третьей рабочей фазе (фазе установившегося состояния) участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9. Вместо характеристики регулируемого выходного напряжения U5 импульсного регулятора N8 показана характеристика напряжения на выходе D1_3 логического вентиля И-НЕ D1. Напряжение U4 на данной диаграмме измерялось через связь по переменному току, поэтому показано только отклонение от среднего значения. Как и на фиг. 7, здесь показано изменение напряжения U4 вследствие периодической зарядки и разрядки накопительного конденсатора С2. Подробности см. в пояснениях к фиг. 8.In fig. 12 shows as an example a section of the voltage time diagram shown in FIG. 1 selected in the third operating phase (steady state phase). 9. Instead of the characteristic of the regulated output voltage U5 of the pulse regulator N8, the voltage characteristic at the output D1_3 of the NAND gate D1 is shown. The U4 voltage in this diagram was measured via AC coupling, so only the deviation from the average value is shown. As in FIG. 7, this shows the change in voltage U4 due to periodic charging and discharging of storage capacitor C2. For details, see the legend to FIG. 8.
На фиг. 13 представлен участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 12. Расположение этого участка отмечено в верхней части фиг. 13. Аналогично фиг. 8, импульсный сигнал, представленный в качестве примера посредством V1_1 и V1_2, отображен здесь как растянутый во времени. Напряжение U4 на данной диаграмме измерялось через связь по переменному току, поэтому показано только отклонение от среднего значения. Показанные последние восемь импульсов с логическим уровнем "НИЗКИЙ" на выходе D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 (фиг. 3), имеющие длительность приблизительно 4 микросекунд, возникают во время фазы процесса регулирования, в которой напряжение на С1 почти идентично напряжению источника постоянного напряжения U1. Видно, что эти последние восемь импульсов с логическим уровнем "НИЗКИЙ" на выходе D1_3 логического вентиля И-НЕ D1 не приводят к соответствующему повышению управляющего напряжения U4. Количество импульсов с уровнем "НИЗКИЙ" на выходе D13 может меняться из-за аналогового принципа регулирования.In fig. 13 shows a section of the voltage timing diagram shown in FIG. 12. The location of this section is noted at the top of FIG. 13. Similar to Fig. 8, the pulse signal exemplified by V1_1 and V1_2 is displayed here as time-stretched. The U4 voltage in this diagram was measured via AC coupling, so only the deviation from the average value is shown. The last eight LOW pulses shown at output D1_3 of NAND gate D1 (FIG. 3), having a duration of approximately 4 microseconds, occur during a phase of the regulation process in which the voltage at C1 is almost identical to the voltage of the DC voltage source U1 . It can be seen that these last eight pulses with a logic level of "LOW" at the output D1_3 of the NAND gate D1 do not lead to a corresponding increase in the control voltage U4. The number of pulses with a "LOW" level at output D13 may vary due to the analogue control principle.
На фиг. 14 представлен участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 12. Расположение этого участка отмечено в верхней части фиг. 14. Показано, что разность напряжений UDS на МОП составляет 1,44 В (разность между V1_1 и V1_2). Это соответствует разности между напряжением 2 В источника постоянного напряжения U1 и прямым напряжением диода D2. Такая низкая разность напряжений UDS имеет следствием минимальную потерю мощности МОП.In fig. 14 shows a portion of the voltage timing diagram shown in FIG. 12. The location of this section is noted at the top of FIG. 14. The voltage difference UDS across the MOS is shown to be 1.44 V (difference between V1_1 and V1_2). This corresponds to the difference between the 2V DC voltage source U1 and the forward voltage of diode D2. This low voltage difference UDS results in minimal MOS power loss.
В пределах объема изобретения все описанные и/или изображенные и/или заявленные элементы могут комбинироваться друг с другом произвольным образом.Within the scope of the invention, all described and/or depicted and/or claimed elements can be combined with each other in any way.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019005029.0 | 2019-07-18 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2022103542A RU2022103542A (en) | 2023-08-18 |
RU2817029C2 true RU2817029C2 (en) | 2024-04-09 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5280333A (en) * | 1990-07-11 | 1994-01-18 | Gao. Gesellschaft Fuer Automation Und Organization Mbh | Apparatus and a method for testing documents |
KR20090060878A (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-15 | 주식회사 그린씨앤씨텍 | Parallel light emitting diode uniform current driving device |
US7710049B2 (en) * | 2007-12-20 | 2010-05-04 | Vimicro Corporation | Driver and method for driving LEDS on multiple branch circuits |
RU2447624C2 (en) * | 2006-09-20 | 2012-04-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | System for light-emitting element control and lighting system containing it |
US8319448B2 (en) * | 2007-12-20 | 2012-11-27 | Osram Ag | Driver arrangement for light emitting diodes |
US9078320B2 (en) * | 2011-07-11 | 2015-07-07 | Ams Ag | Voltage supply arrangement and method for supplying voltage to an electrical load with transistor saturation control |
US9320094B2 (en) * | 2007-11-16 | 2016-04-19 | Allegro Microsystems, Llc | Electronic circuits for driving series connected light emitting diode strings |
US9560704B2 (en) * | 2013-02-20 | 2017-01-31 | Sanken Electric Co., Ltd. | LED driving device and LED lighting apparatus |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5280333A (en) * | 1990-07-11 | 1994-01-18 | Gao. Gesellschaft Fuer Automation Und Organization Mbh | Apparatus and a method for testing documents |
RU2447624C2 (en) * | 2006-09-20 | 2012-04-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | System for light-emitting element control and lighting system containing it |
US9320094B2 (en) * | 2007-11-16 | 2016-04-19 | Allegro Microsystems, Llc | Electronic circuits for driving series connected light emitting diode strings |
KR20090060878A (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-15 | 주식회사 그린씨앤씨텍 | Parallel light emitting diode uniform current driving device |
US7710049B2 (en) * | 2007-12-20 | 2010-05-04 | Vimicro Corporation | Driver and method for driving LEDS on multiple branch circuits |
US8319448B2 (en) * | 2007-12-20 | 2012-11-27 | Osram Ag | Driver arrangement for light emitting diodes |
US9078320B2 (en) * | 2011-07-11 | 2015-07-07 | Ams Ag | Voltage supply arrangement and method for supplying voltage to an electrical load with transistor saturation control |
US9560704B2 (en) * | 2013-02-20 | 2017-01-31 | Sanken Electric Co., Ltd. | LED driving device and LED lighting apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9847736B2 (en) | Driver circuit for LEDs for time-of-flight calculation | |
US8339053B2 (en) | LED dimming apparatus | |
US8421360B2 (en) | Load determination device and illumination apparatus using same | |
US9060406B2 (en) | Power regulation of LED by means of an average value of the LED current and bidirectional counter | |
EP2515611A1 (en) | Lighting device and illumination apparatus | |
CN102448223B (en) | Semiconductor light source apparatus and semiconductor light source control method | |
CN102282912A (en) | LED lighting system with accurate current control | |
US9320110B2 (en) | Lighting device and illumination apparatus including same | |
US20120217898A1 (en) | Electrical load driving circuit | |
US9730286B2 (en) | Control circuit and method for generating voltage for light emitting diode lighting device | |
US20220264720A1 (en) | Light source driver circuit, optical measuring device comprising the light source driver circuit, device for checking value documents, and method for operating a light source load by means of the light source driver circuit | |
RU2695817C2 (en) | Circuit for driving load | |
US20180279431A1 (en) | Drive circuit | |
JP5691790B2 (en) | Constant current power supply | |
US10404158B2 (en) | Power factor correction (PFC) module operating in discontinuous current mode (DCM), system containing the PFC module and methods of operating therefor | |
EP2538753A1 (en) | Driver device for LEDs, and a method for providing electric current to LEDs | |
CN102752906B (en) | Lighting device and illumination apparatus having the same | |
RU2817029C2 (en) | Light-emitter drive circuit, optical meter comprising light-emitter drive circuit, valuable document inspection device and method for driving light-emitting load by means of light-emitter drive circuit | |
CN1841902B (en) | Circuit device for controlling pulse power and the method | |
CN111083823B (en) | Lighting device, lighting fixture, and lighting system | |
US9326332B1 (en) | Ripple reduction in light emitting diode (LED)-based light bulb through increased ripple on an energy storage capacitor | |
CN111096077B (en) | Operating device and method for an electrical load | |
JP6245506B2 (en) | Lighting device | |
CN112054701A (en) | Power supply device, semiconductor integrated circuit, and ripple suppression method | |
EP4099802A1 (en) | Light-emitting diode (led) dimming apparatus and led lighting system |