DE102011112455A1

DE102011112455A1 - Verfahren und elektronische Schaltung zur Stromversorgung für eine gepulste Beleuchtungsquelle

Info

Publication number: DE102011112455A1
Application number: DE102011112455A
Authority: DE
Inventors: Michael Engel
Original assignee: VISION COMPONENTS GES fur BIL; Vision Components Gesellschaft fur Bildverarbeitungsysteme Mbh
Current assignee: VISION COMPONENTS GES fur BIL; Vision Components Gesellschaft fur Bildverarbeitungsysteme Mbh
Priority date: 2011-09-03
Filing date: 2011-09-03
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Zur Stromversorgung einer gepulsten Beleuchtungsquelle 1 zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem mit einer Vorsorgungsspannungsschaltung und einer Stromsteuerung oder Stromregelung, die einen Transistor 4 umfasst, zum Auslösen eines Blitzimpulses mit einer Beleuchtungsquelle 1, wird vorgeschlagen, dass die Versorgungsspannung Vs von einem Schaltregler 8 geregelt wird, der bei einem von der Beleuchtungsquelle 1 abgegebenen Blitzimpuls aufgrund des Stromflusses durch den Transistor 4 an dem Transistor 4 entstehende Spannungsabfall während einer Messdauer, die der Dauer oder eines Anteils der Dauer des Stromflusses durch den Transistor 4 entspricht, mit einem Differenzspannungsverstärker 10 gemessen wird, und während der Messdauer mittels des gemessenen Spannungsabfalls als Rückkopplungssignal FB die Ausgangsspannung des Schaltreglers 8 geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine elektronische Schaltung zur Stromversorgung für eine gepulste Beleuchtungsquelle, insbesondere für ein Bildverarbeitungssystem mit einer gepulsten LED-Beleuchtung.
In der industriellen Bildverarbeitung wird zur Beleuchtung häufig eine gepulste Lichtquelle, oft auch Stroboskop oder stroboskopische Lichtquelle genannt, eingesetzt. Bei Belichtungszeiten der Bildsensoren von typischerweise 1 Millisekunde und darunter und Bildfolgezeiten von typisch mehreren 10 bis 100 Millisekunden ergibt sich eine Reihe von Vorteilen, wie bessere Energieausnutzung, geringerer Leistungsaufnahme, geringere Wärmeentwicklung, höhere Lebensdauer der Lichtquelle, während der Pulsdauer höhere Lichtleistung, kompaktere Bauform usw. Beispielsweise beträgt bei einer typischen Dimensionierung der periodischen Beleuchtungsblitze mit einer Länge von 41 μsec und einer Impulsfrequenz von 2,4 kHz bei Verwendung einer LED-Beleuchtung der Energieverbrauch nur 10% im Vergleich zum Dauerlicht. Die Verlustwärme der Beleuchtung sinkt und ihre Lebensdauer steigt entsprechend.
Beispielsweise wird in der DE 10359723 A1 die stroboskopische Beleuchtung eines Wafers für die Auswertung mit einem Bildverarbeitungssystem beschrieben.
Als Blitzlichtquelle für stroboskopische Beleuchtungen können verschiedenste Lichtquellen in Betracht kommen. Bevorzugt werden die Beleuchtungsblitze mittels einer LED als Blitzlichtquelle erzeugt, die vorzugsweise stromgesteuert oder stromgeregelt sein kann.
Um den Lichtstrom während eines Blitzes möglichst konstant zu halten, unabhängig von Exemplarstreuungen und von anderen Parametern wie der Temperatur, wird nach dem Stand der Technik in der Regel von einer Stromregelung des durch die LEDs fließenden Stroms mittels eines Transistors (Bipolartransistor oder Feldeffekttransistor) Gebrauch gemacht.
Modernere Leuchtdioden, die für Beleuchtungszwecke angeboten werden, haben mittlerweile Leistungsaufnahmen von 3 W, 5 W, 10 W und als Mehrfachelemente, d. h. mit mehrere in Reihe und/oder parallel betriebenen Leuchtdioden, teilweise bis zu 30 W. Hauptsächlich wegen der Exemplarstreuungen und der Temperaturdrift der LEDs muss sicherheitshalber mit einer beträchtlich höheren als der nominal notwendigen Versorgungsspannung für die LEDs gearbeitet werden, damit die so aufgebaute Stromregelung trotz der Bauteiltoleranzen funktioniert. Die aus diesem Grund erhöhte Versorgungsspannung führt jedoch zu teilweise beträchtlicher Verlustleistung am Transistor.
Als Alternative gibt es eine Reihe von integrierten Schaltungen, mit denen Schaltregler mit einem wesentlich besseren Wirkungsgrad aufgebaut werden können. Diese Schaltungen besitzen ebenfalls eine Stromregelung für die LEDs. Bei Leuchtdioden ist ein Pulsbreiten-(PWM)-Verfahren zur Helligkeitsregelung bekannt, das mit periodischen Impulsen arbeitet. Ein integrierter Baustein, mit dem ein solches Verfahren realisiert werden kann, ist z. B. der LM3402 von National Semiconductor.
Der Nachteil dieser Schaltungen besteht darin, dass wegen der Verwendung einer Spule (Speicherdrossel) und eines Kondensators am Ausgang des Schaltreglers der für die LED zur Verfügung stehende Strom für die Anwendung als Pulsbeleuchtung nicht genügend schnell aufgebaut werden kann. Wird auf den Kondensator verzichtet, arbeiten die Schaltungen schneller, weisen aber dafür eine unerwünschte Stromwelligkeit und somit keine konstante Beleuchtungsstärke auf.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende elektronische Schaltung zur Stromversorgung für eine gepulste Beleuchtungsquelle, insbesondere für ein Bildverarbeitungssystem mit einer gepulsten LED-Beleuchtung, zu schaffen, das sich als Stroboskop für die Bildverarbeitung eignet. Die Beleuchtungsquellen sollen im Bereich von wenigen Mikrosekunden bis zu einigen Sekunden pulsförmig ansteuerbar sein. Der Strom durch die Beleuchtungsquellen soll möglichst konstant geregelt für die gesamte Pulsdauer sein. Darüber hinaus soll die gesamte Schaltung einer entsprechenden elektronischen Schaltung eine möglichst geringe eigene Verlustleistung aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren bzw. eine elektronische Schaltung mit den Merkmalen der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Stromversorgung einer gepulsten Beleuchtungsquelle zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem, bei dem ein Objekt mittels der gepulsten Beleuchtungsquelle mit Blitzimpulsen beleuchtet wird und für die Bildverarbeitung Bilder des mit den Blitzimpulsen beleuchteten Objektes mittels eines Bildsensors aufgenommen werden, wobei die Beleuchtungsquelle mittels einer Versorgungsspannung mit Strom versorgt und zum Auslösen eines Blitzimpulses mittels einer einen Transistor umfassenden Stromsteuerung oder Stromregelung angesteuert wird, weist also die Besonderheit auf, dass die Versorgungsspannung von einem Schaltregler geregelt wird, der bei einem von der Beleuchtungsquelle abgegebenen Blitzimpuls aufgrund des Stromflusses durch den Transistor an dem Transistor entstehende Spannungsabfall während einer Messdauer, die der Dauer oder eines Anteils der Dauer des Stromflusses durch den Transistor entspricht, mit einem Differenzspannungsverstärker gemessen wird, und während der Messdauer mittels des gemessenen Spannungsabfalls als Rückkopplungssignal die Ausgangsspannung des Schaltreglers geregelt wird.
Eine entsprechende erfindungsgemäße elektronische Schaltung zur Stromversorgung einer gepulsten Beleuchtungsquelle zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem, bei dem ein Objekt mittels der gepulsten Beleuchtungsquelle mit Blitzimpulsen beleuchtet wird und für die Bildverarbeitung Bilder des mit den Blitzimpulsen beleuchteten Objektes mittels eines Bildsensors aufgenommen werden, wobei die Beleuchtungsquelle mittels einer Versorgungsspannung mit Strom versorgt und zum Auslösen eines Blitzimpulses mittels einer einen Transistor umfassenden Stromsteuerung oder Stromregelung angesteuert wird, umfassend eine Vorsorgungsspannungsschaltung und eine Stromsteuerung oder Stromregelung, die einen Transistor umfasst, zum Auslösen eines Blitzimpulses an einer an die elektronische Schaltung angeschlossenen Beleuchtungsquelle, weist die Besonderheit auf, dass sie einen Schaltregler zum Regeln der Versorgungsspannung umfasst, einen Differenzspannungsverstärker umfasst, mit dem der bei einem von der Beleuchtungsquelle abgegebenen Blitzimpuls aufgrund des Stromflusses durch den Transistor an dem Transistor entstehende Spannungsabfall während einer Messdauer, die der Dauer oder eines Anteils der Dauer des Stromflusses durch den Transistor entspricht, gemessen werden kann, und derart ausgebildet ist, dass während der Messdauer mittels des gemessenen Spannungsabfalls als Rückkopplungssignal die Ausgangsspannung des Schaltreglers geregelt wird.
Bei der Erfindung kann somit die Versorgungsspannung mittels des Spannungsreglers und eines diesen steuernden Rückkopplungssignals auf den tatsächlich für den Betrieb der Beleuchtungsquelle erforderlichen Wert geregelt werden, indem die Differenzspannung an dem Transistor als Spannungsabfall an dem Transistor während des Stromflusses durch den Transistor gemessen und diese Spannung als Rückkopplungssignal verwendet wird. Dadurch kann in der Messdauer während der Erzeugung eines Lichtblitzes die Verlustleistung der Leistungselektronik auf einen minimalen Wert eingestellt werden. Außerhalb der Messdauer muss die Versorgungsspannung nicht besonders geregelt werden, weil in dieser Zeit kein oder kein hoher Stromfluss durch den Transistor erfolgt und daher keine nennenswerte Verlustleistung anfällt.
Entsprechend ist nach einem vorteilhaften Merkmal vorgesehen, dass der Schaltregler bei ausgeschalteter Beleuchtungsquelle eine Ausgangsspannung erzeugt, die mit einer als Sicherheitsreserve dienenden Spannungserhöhung über der Spannung liegt, die für das Auslösen eines Blitzes mit der Beleuchtungsquelle erforderlich ist, und während der Messdauer diese überhöhte Ausgangsspannung durch das Rückkopplungssignal reduziert wird.
Vorteilhafterweise ist ferner vorgesehen, dass mittels des Rückkopplungssignals die Ausgangsspannung des Schaltreglers während der Messdauer derart geregelt wird, dass der Spannungsabfall an dem Transistor eine vorgegebene, für die Funktion des Transistors zur Stromregelung erforderliche Restspannung einnimmt. Anders ausgedrückt kann man auch vorsehen, dass mittels des Rückkopplungssignals die Ausgangsspannung des Schaltreglers während der Messdauer derart geregelt wird, dass über dem Transistor eine minimale zur Funktion als Stromquelle erforderliche Restspannung erhalten bleibt. Auf diese Weise wird die minimale Verlustleistung erzielt.
Die Erfindung kann in einem intelligenten Bildverarbeitungssensor bzw. einem Bildverarbeitungssensor mit ergonomischer Beleuchtung eingesetzt werden. Hierzu zählt eine Kamera oder Smartkamera, die eine in die Kamera integrierte erfindungsgemäße elektronische Schaltung und gegebenenfalls eine oder mehrere integrierte pulsbare Beleuchtungsquellen aufweist.
Im Stand der Technik sind Kameras bekannt, die als intelligente Kameras oder auch als Smartkameras bezeichnet werden. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie ein oder mehrere Bildaufnahmechips in Form von CCDs oder CMOS-Sensoren enthalten, eine Verarbeitungseinheit mit Speicher, z. B. in Form eines Mikroprozessors oder DSPs, sowie verschiedene Schnittstellen zur Ein-/Ausgabe wie z. B. serielle Schnittstellen, Netzwerkanschluss, SPS-Schnittstelle und Videoausgabe. Wird eine solche Kamera mit Optik und Beleuchtung kombiniert oder in einem Gehäuse fest verbunden, so spricht man von einem Bildverarbeitungssensor oder ”Vision Sensor”. Da die Mess- oder Objektbeleuchtung bei derartigen Kameras oft in Form von gepulsten LEDs ausgeführt ist, lässt sich die Erfindung hier vorteilhaft einsetzen.
Weitere vorteilhafte Merkmale einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung können folgende sein:

– der Schaltregler bei ausgeschalteter Beleuchtungsquelle eine Ausgangsspannung erzeugt, die mit einer als Sicherheitsreserve dienenden Spannungserhöhung über der Spannung liegt, die für das Auslösen eines Blitzes mit der Beleuchtungsquelle erforderlich ist, und während der Messdauer diese überhöhte Ausgangsspannung durch das Rückkopplungssignal reduziert wird.
– Die Schaltung ist derart ausgebildet, dass mittels des Rückkopplungssignals die Ausgangsspannung des Schaltreglers während der Messdauer derart geregelt wird, dass der Spannungsabfall an dem Transistor eine vorgegebene, für die Funktion des Transistors zur Stromregelung erforderliche Restspannung einnimmt.
– Die Schaltung ist derart ausgebildet, dass mittels des Rückkopplungssignals die Ausgangsspannung des Schaltreglers während der Messdauer derart geregelt wird, dass über dem Transistor eine minimale zur Funktion als Stromquelle erforderliche Restspannung erhalten bleibt.
– Die Schaltung ist derart ausgebildet, dass die Messdauer gleichzeitig mit dem Auslösen eines Blitzimpulses oder hierzu geringfügig verzögert beginnt.
– Die Schaltung ist derart ausgebildet, dass der Spannungsabfall direkt an dem Transistor gemessen wird.
– Die Schaltung ist derart ausgebildet, dass der elektronische Schalter außerhalb der Messdauer die Ausgangsspannung des Schaltreglers und während der Messdauer die von dem Differenzspannungsverstärker gelieferte Spannung als Rückkopplungssignal zum Regeln der Ausgangsspannung des Schaltreglers an den Schaltregler schaltet.
– Der Transistor ist ein Bipolartransistor oder ein Feldeffekttransistor.
– Der spannungsgesteuerte Schaltregler ist als Abwärtsregler, als Aufwärtsregler, als Aufwärts-/Abwärtsregler, mit Transformator und Gegentaktansteuerung, als Flyback-Schaltung oder als SEPIC-Schaltung ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben, auch wenn sie bei anderen Ausführungsformen vorteilhaft eingesetzt werden können. Es zeigen:
1 eine elektronische Schaltung nach dem Stand der Technik und
2 eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung.
Die 1 zeigt eine elektronische Schaltung zur Stromversorgung einer gepulsten Beleuchtungsquelle 1. Die Beleuchtungsquelle 1 umfasst hier mehrere in Reihe geschaltete LEDs 2. Sie werden von einer nicht dargestellten Versorgungsspannungsschaltung mit einer Versorgungsspannung Vs versorgt. Bei geringer Leistungsaufnahme der LEDs 2, kleinem Puls-/Pausenverhältnis oder geringen Anforderungen an den Wirkungsgrad der Ansteuerschaltung wird zum Auslösen eines Blitzimpulses von einer Stromregelung des durch die LEDs 2 fließenden Stroms i Gebrauch gemacht. Die Stromregelung erfolgt mittels eines Messwiderstandes 3 für die Strommessung, eines Transistors 4, in diesem Beispiel einem MosFet, und eines Differenzverstärkers 5, an dessen einen Eingang ein Steuersignal 6 für den Sollwert des Stromes i angelegt wird. In einigen Fällen wird auch auf den Differenzverstärker 5 verzichtet.
Hauptsächlich wegen der Exemplarstreuungen der LEDs 2 und der Temperaturdrift der LEDs 2 muss sicherheitshalber mit einer beträchtlich höheren als der nominal notwendigen Versorgungsspannung Vs für die LEDs 2 gearbeitet werden, damit die so aufgebaute Stromregelung funktioniert. Die erhöhte Versorgungsspannung Vs führt zu teilweise beträchtlicher Verlustleistung am Transistor 4.
Das folgende Rechenbeispiel veranschaulicht dies. Wenn die Beleuchtungsquelle 1 vier in Serie geschaltete LEDs 2 mit 3,5 V Spannungsabfall pro LED 2 umfasst und der Strom i durch die LEDs 2 A beträgt, beträgt die nominell erforderliche Leistungsaufnahme der LEDs 4 × 3,5 V × 2 A, also insgesamt 28 W. Bei einer eingeplanten Sicherheitsreserve für die Versorgungsspannung Vs von 1 V pro LED 2 plus 2 V für den MosFet, also insgesamt 6 V sicherheitshalber erfolgende Spannungsüberhöhung der Versorgungsspannung Vs, wird die Schaltung also mit 20 V statt 14 V versorgt. Im MosFet entsteht dadurch eine Verlustleistung von 2 A × 6 V = 12 W, die in Wärme umgewandelt wird. Der Wirkungsgrad der Schaltung für die Stromregelung beträgt 28 W/(28 W + 12 W) = 28 W/40 W = 70%.
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung 7 zur Stromversorgung einer gepulsten Beleuchtungsquelle 1. Als Beleuchtungsquelle 1 wird bevorzugt eine LED 2 verwendet. Die Beleuchtungsquelle 1 umfasst auch hier mehrere in Reihe geschaltete LEDs 2, die von einer nicht dargestellten Versorgungsspannungsschaltung mit einer Versorgungsspannung Vs versorgt werden. Allgemein kann eine Beleuchtungsquelle 1 verwendet werden, die mehrere Beleuchtungsquellen umfasst, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Der Transistor 4 zum Regeln des Stromes i durch die LEDs 2 kann insbesondere ein Bipolartransistor oder ein Feldeffekttransistor sein.
Wie bei 1 erfolgt bei der elektronischen Schaltung 7 eine Stromregelung des durch die LEDs 2 fließenden Stroms i mittels eines Messwiderstandes 3 für die Strommessung, eines Transistors 4, in diesem Beispiel ebenfalls einem MosFet, und eines Differenzverstärkers 5, an dessen einen Eingang ein Steuersignal 6 für den Sollwert des Stromes i angelegt wird.
Die Schaltung 7 umfasst weiterhin einen Schaltregler 8 zum Regeln der Versorgungsspannung Vs. Vorteilhafterweise kann dies ein spannungsgesteuerter Schaltregler 8 sein, der als Abwärtsregler, als Aufwärtsregler, als Aufwärts-/Abwärtsregler, mit Transformator und Gegentaktansteuerung, als Flyback-Schaltung oder als SEPIC-Schaltung ausgebildet ist. Solche Schaltregler 8 werden mit zugehöriger Spannungsversorgung Vs auch als Schaltnetzteil bezeichnet.
Der Schaltregler 8 erzeugt eine Ausgangsspannung, die zunächst mit einer Sicherheitsreserve über der tatsächlich für die Beleuchtungsquelle 1 erforderlichen Spannung liegt. In dem Rechenbeispiel aus 1 wären dies 6 V Überspannung, sodass der Schaltregler 8 bei ausgeschalteten LEDs 2 eine Ausgangsspannung von 20 V liefert. Die LEDs 2 sind dabei zunächst ausgeschaltet, z. B. dadurch, dass die SOllwertvorgabe für den Strom i, d. h. das Steuersignal 6 für den Sollwert des Stromes i, bei 0 liegt.
Sobald die Sollwertvorgabe auf den Nominalwert steigt, um einen Blitzimpuls mit den LEDs 2 der Beleuchtungsquelle 1 auszulösen, fließt sofort der Nominalstrom durch die LEDs 2 mit einer Verzögerungszeit, die nur durch die Laufzeiten durch den Differenzverstärker 5 und den Transistor 4 (MosFet) begrenzt wird. Diese Laufzeiten können technisch bei weit unter einer Mikrosekunde liegen.
Da die Schaltung 7 zunächst mit einer Überspannung als Sicherheitsreserve arbeitet, würde bei Aufrechterhaltung der hohen Ausgangsspannung des Schaltreglers 8 auch beim Auslösen eines Blitzimpulses die Verlustleistung am Transistor 4 auf Dauer zu hoch werden. Um dies zu verhindern, wird gleichzeitig mit Beginn des Lichtpulses oder etwas verzögert ein elektronischer Schalter 9 im Stromkreis für das Rückkopplungssignal FB (feedback) in Form einer Spannungsrückmeldung von der reinen Spannungsmessung der Ausgangsspannung (linke Position) auf die Differenzspannungsmessung zwischen Source und Drain des MosFet umgeschaltet. Hierzu ist als Messverstärker noch ein weiterer Differenzspannungsverstärker 10 vorhanden, der diese Spannung am MosFet misst und soweit verstärkt, dass das Signal als Rückkopplungssignal FB für den Schaltregler 8 geeignet ist. Die Ausgangsspannung des Schaltreglers 8 wird dann mittels des Rückkopplungssignals FB so geregelt, dass über dem MosFet eine minimale zur Funktion als Stromquelle erforderliche Restspannung eingestellt bleibt.
Der beim Auslösen eines Blitzimpulses an dem Transistor 4 auftretende Spannungsabfall wird bevorzugt direkt an dem Transistor 4 gemessen. Dies kann beispielsweise wie in 2 dargestellt derart erfolgen, dass die Differenzspannung zwischen den entsprechenden Ein- und Ausgängen des Transistors 4 (z. B. Emitter/Kollektor oder Source/Drain) gemessen wird, d. h. beide Pole der Spannungsmessung liegen direkt am Transistor 4. In anderen Ausführungsformen kann die direkte Messung des Spannungsabfalls an dem Transistor 4 auch in der Weise erfolgen, dass nur ein Pol oder beide Pole der Spannungsmessung einen Messwiderstand einbeziehen, der im Strompfad i liegt. In 2 konnte beispielsweise der untere Pol der Differenzspannungsmessung nicht an den Transistor 4 angeschlossen, sondern stattdessen mit Erde verbunden sein, wodurch der Spannungsabfall an dem Messwiderstand 3 durch den Strom i mit in die Differenzspannungsmessung einbezogen würde.
Die Versorgungsspannung Vs wird also von dem Schaltregler 8 geregelt. Der bei einem von der Beleuchtungsquelle 1 abgegebenen Blitzimpuls aufgrund des Stromflusses durch den Transistor 4 an dem Transistor 4 entstehende Spannungsabfall wird während einer Messdauer, die der Dauer oder eines Anteils der Dauer des Stromflusses durch den Transistor 4 entspricht, mit einem Differenzspannungsverstärker 10 gemessen. Während der Messdauer wird mittels des gemessenen Spannungsabfalls als Rückkopplungssignal FB die Ausgangsspannung des Schaltreglers 8 geregelt. Der Schaltregler 8 erzeugt bei ausgeschalteter Beleuchtungsquelle 1 eine Ausgangsspannung, die mit einer als Sicherheitsreserve dienenden Spannungserhöhung über der Spannung liegt, die für das Auslösen eines Blitzes mit der Beleuchtungsquelle 1 erforderlich ist, und während der Messdauer wird diese überhöhte Ausgangsspannung durch das Rückkopplungssignal FB reduziert. Der elektronischer Schalter 9 schaltet außerhalb der Messdauer die Ausgangsspannung des Schaltreglers 8 und während der Messdauer die von dem Differenzspannungsverstärker 10 gelieferte Spannung als Rückkopplungssignal FB zum Regeln der Ausgangsspannung des Schaltreglers 8 an den Schaltregler 8.
Die Messdauer kann bevorzugt gleichzeitig mit dem Auslösen eines Blitzimpulses oder hierzu geringfügig verzögert beginnen. Wegen des üblicherweise am Ausgang des Schaltreglers 8 befindlichen Kondensators regelt dieser nicht sofort, sondern mit kleiner Verzögerung auf die neue, von dem Rückkopplungssignal FB geregelte niedrigere Ausgangsspannung. Dies ist aber unproblematisch, weil in dieser und in der gesamten restlichen Zeit der Strom i durch die LEDs 2 stets durch die MosFet-Schaltung konstant gehalten wird.
Die Verlustleistung im MosFet ist ebenfalls gering, weil lediglich zu Beginn des Pulses für einige Mikrosekunden eine erhöhte Verlustleistung erzeugt wird. Für die restliche Dauer ist diese wesentlich geringer. Integral ist die kurze anfängliche Erhöhung vernachlässigbar.
Für das Rechenbeispiel von 1 ergibt sich mit der Schaltung von 2 bei angenommenen 0,3 V über dem MosFet beim Auslösen eines Blitzimpulses eine Verlustleistung von 0,6 W. Der Wirkungsgrad der Stromregelung beträgt demnach 28 W/28,6 W = 98%. Der gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Wirkungsgrad und die geringere Verlustleistung ermöglichen es, entsprechende Schaltungen und Geräte kompakter aufzubauen.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungsquelle
2: LED
3: Messwiderstand
4: Transistor
5: Differenzverstärker
6: Steuersignal
7: elektronische Schaltung
8: Schaltregler
9: elektronischer Schalter
10: Differenzspannungsverstärker
FB: Rückkopplungssignal
i: Strom
Vs: Versorgungsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10359723 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Stromversorgung einer gepulsten Beleuchtungsquelle (1) zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem, bei dem ein Objekt mittels der gepulsten Beleuchtungsquelle (1) mit Blitzimpulsen beleuchtet wird und für die Bildverarbeitung Bilder des mit den Blitzimpulsen beleuchteten Objektes mittels eines Bildsensors aufgenommen werden, wobei die Beleuchtungsquelle (1) mittels einer Versorgungsspannung (Vs) mit Strom (i) versorgt und zum Auslösen eines Blitzimpulses mittels einer einen Transistor (4) umfassenden Stromsteuerung oder Stromregelung angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Versorgungsspannung (Vs) von einem Schaltregler (8) geregelt wird, – der bei einem von der Beleuchtungsquelle (1) abgegebenen Blitzimpuls aufgrund des Stromflusses durch den Transistor (4) an dem Transistor (4) entstehende Spannungsabfall während einer Messdauer, die der Dauer oder eines Anteils der Dauer des Stromflusses durch den Transistor (4) entspricht, mit einem Differenzspannungsverstärker (10) gemessen wird, und – während der Messdauer mittels des gemessenen Spannungsabfalls als Rückkopplungssignal (FB) die Ausgangsspannung des Schaltreglers (8) geregelt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltregler (8) bei ausgeschalteter Beleuchtungsquelle (1) eine Ausgangsspannung erzeugt, die mit einer als Sicherheitsreserve dienenden Spannungserhöhung über der Spannung liegt, die für das Auslösen eines Blitzes mit der Beleuchtungsquelle (1) erforderlich ist, und während der Messdauer diese überhöhte Ausgangsspannung durch das Rückkopplungssignal (FB) reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Rückkopplungssignals (FB) die Ausgangsspannung des Schaltreglers (8) während der Messdauer derart geregelt wird, dass der Spannungsabfall an dem Transistor (4) eine vorgegebene, für die Funktion des Transistors (4) zur Stromregelung erforderliche Restspannung einnimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Rückkopplungssignals (FB) die Ausgangsspannung des Schaltreglers (8) während der Messdauer derart geregelt wird, dass über dem Transistor (4) eine minimale zur Funktion als Stromquelle erforderliche Restspannung erhalten bleibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdauer gleichzeitig mit dem Auslösen eines Blitzimpulses oder hierzu geringfügig verzögert beginnt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall direkt an dem Transistor (4) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronischer Schalter (9) verwendet wird, der außerhalb der Messdauer die Ausgangsspannung des Schaltreglers (8) und während der Messdauer die von dem Differenzspannungsverstärker (10) gelieferte Spannung als Rückkopplungssignal (FB) zum Regeln der Ausgangsspannung des Schaltreglers (8) an den Schaltregler (8) schaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungsquelle (1) verwendet wird, die mehrere Beleuchtungsquellen umfasst, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beleuchtungsquelle (1) eine LED (2) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transistor (4) verwendet wird, der ein Bipolartransistor oder ein Feldeffekttransistor ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein spannungsgesteuerter Schaltregler (8) verwendet wird, der als Abwärtsregler, als Aufwärtsregler, als Aufwärts-/Abwärtsregler, mit Transformator und Gegentaktansteuerung, als Flyback-Schaltung oder als SEPIC-Schaltung ausgebildet ist.
Elektronische Schaltung (7) zur Stromversorgung einer gepulsten Beleuchtungsquelle (1) zur Pulsbeleuchtung für ein Bildverarbeitungssystem, bei dem ein Objekt mittels der gepulsten Beleuchtungsquelle (1) mit Blitzimpulsen beleuchtet wird und für die Bildverarbeitung Bilder des mit den Blitzimpulsen beleuchteten Objektes mittels eines Bildsensors aufgenommen werden, wobei die Beleuchtungsquelle (1) mittels einer Versorgungsspannung (Vs) mit Strom (i) versorgt und zum Auslösen eines Blitzimpulses mittels einer einen Transistor (4) umfassenden Stromsteuerung oder Stromregelung angesteuert wird, umfassend eine Vorsorgungsspannungsschaltung und eine Stromsteuerung oder Stromregelung, die einen Transistor (4) umfasst, zum Auslösen eines Blitzimpulses an einer an die elektronische Schaltung (7) angeschlossenen Beleuchtungsquelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass – sie einen Schaltregler (8) zum Regeln der Versorgungsspannung (Vs) umfasst, – einen Differenzspannungsverstärker (10) umfasst, mit dem der bei einem von der Beleuchtungsquelle (1) abgegebenen Blitzimpuls aufgrund des Stromflusses durch den Transistor (4) an dem Transistor (4) entstehende Spannungsabfall während einer Messdauer, die der Dauer oder eines Anteils der Dauer des Stromflusses durch den Transistor (4) entspricht, gemessen werden kann, und – derart ausgebildet ist, dass während der Messdauer mittels des gemessenen Spannungsabfalls als Rückkopplungssignal (FB) die Ausgangsspannung des Schaltreglers (8) geregelt wird.
Kamera oder Smartkamera, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine in die Kamera integrierte elektronische Schaltung (7) nach dem vorhergehenden Anspruch aufweist.