一种过流保护方法和数字型光源控制器

摘要

本申请涉及一种过流保护方法和数字型光源控制器，一定程度上可以解决现有数字型光源控制器的过流保护范围大的问题。数字型光源控制器包括主控模块、PWM驱动模块、开关模块、电源模块、电流检测模块和N通道光源接口。过流保护方法包括根据每个光源接口的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定对的发光电流和平均电流；当发光电流大于MOS管的最大连续工作电流的k倍时，或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护；本申请通过发光电流和平均电流组合条件，及修正的PWM的占空比，减小干扰及噪声对信号的影响，提供精准的过流保护，保证数字型光源控制器的可靠性。

说明书

技术领域

本申请涉及光源控制器的过流保护领域，尤其涉及一种过流保护方法和数字型光源控制器。

背景技术

随着机器视觉自动检测技术的日趋成熟，光源控制器广泛应用于机器视觉系统中，用于在各种产品的外观检测等过程中对光源进行控制。

数字型光源控制器，主要采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称：PWM)控制方式实现高效率的电光转换。相关技术中，通过数字型光源控制器中电源模块自身具备的过流保护功能，实现数字型光源控制器在PWM控制的过流保护，过流保护点设为额定值的110％～160％，甚至范围更大。

然而，电源模块自身具备的过流保护功能范围太大，目的在于电源模块的保护，与数字型光源控制器的PWM控制应用不匹配，不能适应数字型光源控制器的过流保护。

发明内容

为了解决现有数字型光源控制器的过流保护范围大问题，本申请提供了一种过流保护方法和数字型光源控制器。

本申请实施例采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种数字型光源控制器，包括：主控模块、PWM驱动模块、开关模块、电源模块、电流检测模块和N通道光源接口。

电源模块与光源接口的第一接口连接；开关模块包括MOS管，开关模块与光源接口的第二接口连接，开关模块用于控制第二接口的通断；电流检测模块包括采样电阻，电流检测模块与开关模块、主控模块电连接，电流检测模块用于将通过开关模块的电流信号转换，得到采样电压，以及将采样电压发送给主控模块。

主控模块、PWM驱动模块、及开关模块依次电连接；主控模块被配置为：

获取每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，所述采样电阻值是所述电流检测模块中的采样电阻的阻值，所述采样电压值是所述电流检测模块发出采样电压的电压值；

根据采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定对应光源接口通道的发光电流和平均电流；

当发光电流大于所述MOS管的最大连续工作电流的k倍时，对应的光源接口通道启动过流保护，其中，k是根据MOS管确定的；

或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护。

结合第一方面，在一种可实现方式中，PWM驱动模块还包括MOS驱动芯片，MOS驱动芯片与MOS管电连接；MOS驱动芯片用于将PWM控制信号进行电平转换，以及提供大电流的驱动，所述大电流的驱动用于满足所述MOS管在快速开关时对所述PWM控制信号的驱动要求。

结合第一方面，在一种可实现方式中，电流检测模块还包括二阶RC滤波整流电路；二阶RC滤波整流电路用于获得采样电压，采样电压是采样电阻上PWM控制信号的电压通过二阶RC滤波整流电路获得的。

结合第一方面，在一种可实现方式中，电流检测模块还被配置为通过非线性修正PWM的占空比。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种数字型光源控制器，包括主控模块、PWM驱动模块、开关模块、电源模块、电流检测模块和N通道光源接口。电源模块与光源接口的第一接口连接；开关模块包括MOS管，开关模块与光源接口的第二接口连接，开关模块用于控制第二接口的通断；电流检测模块包括采样电阻，电流检测模块与开关模块、主控模块电连接，电流检测模块用于将通过开关模块的电流信号转换，得到采样电压，以及将采样电压发送给主控模块。主控模块被配置为：根据每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定发光电流和平均电流；当发光电流大于MOS管的最大连续工作电流的k倍时，或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护，其中，k是根据MOS管确定的；本申请通过发光电流和平均电流组合设置条件，对PWM的占空比修正，减小干扰及噪声对信号的影响，提供精准的过流保护，提高数字型光源控制器的可靠性。

第二方面，本申请提供一种过流保护方法，过流保护方法包括：

获取每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，所述采样电阻值是电流检测模块中的采样电阻的阻值，所述采样电压值是电流检测模块发出采样电压的电压值；

根据所述采样电阻值、所述采样电压值和所述PWM的占空比，确定对应光源接口通道的发光电流和平均电流；

当发光电流大于MOS管的最大连续工作电流的k倍时，对应的光源接口通道启动过流保护，其中，k是根据MOS管确定的；

或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护。

结合第二方面，在一种可实现方式中，根据采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定发光电流，发光电流按照下式计算获得：

式中，I

结合第二方面，在一种可实现方式中，PWM的占空比是通过非线性修正获得的。

结合第二方面，在一种可实现方式中，PWM的占空比按照下式计算获得：

式中，D为PWM的占空比，X为亮度等级，亮度等级为0～255内的整数，[]为取整函数。

结合第二方面，在一种可实现方式中，根据采样电阻值和采样电压值，确定平均电流，平均电流按照下式计算获得：

I

式中，I

结合第二方面，在一种可实现方式中，采样电压值为直流平均值。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种过流保护方法，过流保护方法包括获取采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，采样电阻值是电流检测模块中的采样电阻的阻值，采样电压值是电流检测模块发出采样电压的电压值；根据每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定发光电流和平均电流；当发光电流大于MOS管的最大连续工作电流的k倍时，或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护，其中，k是根据MOS管确定的；本申请通过发光电流和平均电流组合设置条件，对PWM的占空比修正，减小干扰及噪声对信号的影响，提供精准的过流保护，提高数字型光源控制器的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例数字型光源控制器与光源的结构示意图；

图2为本申请实施例MOS管驱动和和电流检测的原理图；

图3为本申请实施例一种过流保护方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

数字型光源控制器，主要采用PWM控制方式实现高效率的电光转换，且避免对光源模拟调光的色偏现象。相关技术中，数字型光源控制器不具备过流保护功能，或者，通过数字型光源控制器中电源模块自身具备的过流保护功能，实现数字型光源控制器在PWM控制的过流保护，过流保护点设为额定值的110％～160％，甚至范围更大。

为提高数字型光源控制器的过流保护性能，本申请实施例提供一种数字型光源控制器，基于数字型光源控制器的PWM控制方式，提供精准的过流保护。如图1所示，所述数字型光源控制器包括主控模块10、PWM驱动模块20、开关模块30、电源模块50、电流检测模块40和N通道光源接口。

主控模块10可包括控制单元、ADC采样单元和PWM输出单元，其中，控制单元、ADC采样单元和PWM输出单元可以通过微控制单元(Micro Control Unit，简称：MCU)实现，也可以通过MCU和AD芯片等功能芯片组合实现。主控模块10提供ADC采样功能和PWM输出功能。

主控模块10通过PWM驱动模块20、开关模块30及每个光源接口通道与光源的负极电连接，电源模块50通过每个光源接口通道与光源的正极电连接；数字型光源控制器中主控模块10输出PWM控制信号，经PWM驱动模块20，驱动控制开关模块30中的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor，简称：MOS)，通过每个光源接口通道的正极和负极与光源电连接，实现光源的亮度控制。

所述PWM驱动模块包括MOS驱动芯片，MOS驱动芯片与MOS管电连接；MOS驱动芯片用于将PWM控制信号进行电平转换，以及提供大电流的驱动；其中，大电流的驱动用于满足MOS管在快速开关时对PWM控制信号的驱动要求。

开关模块30中的MOS管作为一个开关，连接到地平面，且通过PWM控制信号的高低电平控制MOS管的开通和关断(即通过PWM控制信号通过MOS管的开通和关断来控制光源负极的通断)。

如图2所示，为MOS管驱动和和电流检测的原理图，涉及开关模块30、电流检测模块40和光源接口。开关模块30包括MOS管Q1。

电流检测模块40包括采样电阻和二阶RC滤波整流电路，其中，采样电阻可以包括并联的第一电阻R1和第二电阻R2，采样电阻的电阻值小；二阶RC滤波整流电路可以包括第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1和第二电容C2。

采样电阻上PWM的电压通过二阶RC滤波整流电路后，获得采样电压，所述采样电压是一个直流平均值。

光源的正极通过光源接口与电源模块50连接，光源的负极通过光源接口与开关模块30的MOS管连接，用于接收PWM脉冲信号给光源供电。

在一些实施例中，当电源适配器的输出规格为0～2.5A时，采样电阻的可选0.1Ω的电阻值。

如图2所示，PWM1为从主控芯片输出的PWM控制信号，由于PWM信号频率较高(几十kHz到几百kHz)且PWM信号的上升沿和下降沿的时间短，以及MOS管的栅极电容的充放电电流较大，通过MOS驱动芯片提供大电流的PWM控制信号；

主控模块10通过电流检测模块40与开关模块30电连接，其中，电流检测模块40检测通过开关模块30中MOS管的电流信号，所述电流信号通过电流检测模块40转换为电压信号，主控模块10的ADC采样单元采集所述电压信号，根据电压信号确定发光电流和平均电流，通过发光电流和平均电流组合的判定条件，控制是否启动过流保护，实现对数字型光源控制器的精准过流保护，提高数字型光源控制器的可靠性能。

所述主控模块被配置通过如下过程来实现精准过流保护，具体为：获取每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，所述采样电阻值是所述电流检测模块40中的采样电阻的阻值，所述采样电压值是所述电流检测模块40发出采样电压的电压值；根据每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定对应光源接口通道的发光电流和平均电流；当发光电流大于所述MOS管的最大连续工作电流的k倍时，对应的光源接口通道启动过流保护，其中，k是根据MOS管确定的，k典型取值范围为0.3～0.6；或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护。

对于数字型光源控制器的PWM的占空比，提供一种非线性的修正方式，提升发光电流的准确性，从而进一步的提升过流保护的精准度。

数字型光源控制器的工作原理为，当PWM控制信号作用在MOS管上时，通过光源接口提供接近24V的PWM脉冲信号给光源供电；调整PWM控制信号的占空比，实现调整一个PWM周期内光源的发光时间，可以调节光源的亮度。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种数字型光源控制器，包括主控模块、PWM驱动模块、开关模块、电源模块、电流检测模块和N通道光源接口。所述电源模块与所述光源接口的第一接口连接；所述开关模块包括MOS管，所述开关模块与所述光源接口的第二接口连接，所述开关模块用于控制所述第二接口的通断；所述电流检测模块包括采样电阻，所述电流检测模块与所述开关模块、所述主控模块电连接，所述电流检测模块用于将通过所述开关模块的电流信号转换，得到采样电压，以及将所述采样电压发送给所述主控模块。所述主控模块被配置为：根据每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定对应光源接口通道的发光电流和平均电流；当发光电流大于所述MOS管的最大连续工作电流的k倍时，或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护，其中，k典型取值范围为为0.3～0.6；本申请通过发光电流和平均电流组合设置条件，对PWM的占空比修正，减小干扰及噪声对信号的影响，提供精准的过流保护，提高数字型光源控制器的可靠性。

本申请部分实施例提供一种过流保护方法，所述过流保护方法应用在上述数字型光源控制器，提供精准的过流保护；如图3所示，所述过流保护方法包括如下步骤：

S101、获取每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比。

所述采样电阻值是电流检测模块中的采样电阻的阻值，所述采样电压值是电流检测模块发出采样电压的电压值；所述采样电压值为直流平均值。

S102、根据采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定对应光源接口通道的发光电流和平均电流。

采样电阻值用R表示，二阶滤波整流后得到的采样电压值用V表示，采样电压是一个直流平均值，PWM的占空比用D表示，发光电流用Ia表示(PWM为高电平的时间内发光)，平均电流用I

通过公式V＝I

式中，I

其中，PWM的占空比一般通过公式D＝X/255获得，然而在亮度设置值低时可能会导致问题。例如，当X＝0时，I

式中，D为PWM的占空比，X为亮度等级，亮度等级为0～255内的整数，[]为取整函数。

通过取整函数，渐进式修正，当X＝0时，等效于X的修正+10；当X＝255时，X的修正为0，即在X设置值最小时，进行最大修正，在X设置值最大时，不进行修正，最大程度的减轻干扰及噪声对信号的影响，同时对常规使用时发光电流I

在一些实施例中，数字型光源控制器在常规使用时(即在亮度等级大于50时),其发光电流I

以及，平均电流按照下式计算获得：

I

式中，I

S103、当发光电流大于MOS管的最大连续工作电流的k倍时，或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护，其中，k是根据MOS管确定的。

当I

在一些实施例中，MOS管的最大连续工作电流I

在PWM控制方式使用中，光源的平均电流决定光源的亮度，发光电流过大会影响数字型光源控制器工作的可靠性，因此依据单一的发光电流或平均电流来设定过流保护机制，可靠性低。

例如只以平均电流为依据，在PWM的占空比设置较小的应用，且接入较大功率光源负载时，即使平均电流没有超标，但发光电流很大，可能会超过MOS管的承受能力而损坏MOS管。

例如只以发光电流为依据，过流保护条件设置确定难度高，过流保护条件设定低时，接入光源负载的功率限制较低，数字型光源控制器的通用性降低，过流保护条件设定高时，接入较大功率光源负载时，平均电流容易超过数字型光源控制器的额定功率，影响数字型光源控制器的使用期限。

因此，本申请通过发光电流和平均电流组合设置条件，结合对PWM的占空比修正，减小干扰及噪声对信号的影响，提供精准的过流保护，提高数字型光源控制器的可靠性。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种过流保护方法，所述过流保护方法包括获取每个光源接口通道的采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，所述采样电阻值是电流检测模块中的采样电阻的阻值，所述采样电压值是电流检测模块发出采样电压的电压值；根据采样电阻值、采样电压值和PWM的占空比，确定对应光源接口通道的发光电流和平均电流；当发光电流大于MOS管的最大连续工作电流的k倍时，或者，当平均电流大于数字型光源控制器的额定电流的1.1倍时，对应的光源接口通道启动过流保护，其中，k典型取值范围为0.3～0.6；本申请通过发光电流和平均电流组合设置条件，对PWM的占空比修正，减小干扰及噪声对信号的影响，提供精准的过流保护，提高数字型光源控制器的可靠性。

以上内容仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请权利要求书的保护范围之内。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。