一种低电压恒功率红外照明供电系统转让专利
申请号 : CN202110157206.5
文献号 : CN112904645B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 谢家全 , 柏再春
申请人 : 成都国翼电子技术有限公司
摘要 :
本发明公开了一种低电压恒功率红外照明供电系统，所述低电压恒功率红外照明供电系统包括驱动芯片、FPGA、电位器、红外灯及摄像机，所述FPGA连接驱动芯片的脉宽调制端；所述电位器连接驱动芯片的电平控制端；所述红外灯连接驱动芯片输出端；所述红外灯设置于摄像机内部。本发明提供的一种低电压恒功率红外照明供电系统可实现红外灯照射距离提高5倍，摄像机最远感知距离大于30M的需求。
权利要求 :
1.一种低电压恒功率红外照明供电系统，其特征在于，所述低电压恒功率红外照明供电系统包括驱动芯片、FPGA、电位器、红外灯及摄像机，所述FPGA连接驱动芯片的脉宽调制端，FPGA的输出为脉宽和周期可调的PWM信号，脉宽与摄像机曝光时间同步，周期与采样周期同步；
所述电位器连接驱动芯片的电平控制端，所述电位器的输出为可调电平信号，调节光源工作电流变化，用以改变光源亮度，以此保证不同场景下的最佳动态图像捕捉效果；
所述红外灯连接驱动芯片输出端；
所述红外灯设置于摄像机内部；所述摄像机采用全局曝光图像传感器，所述全局曝光图像传感器感应光强是累加的方式，可充分利用曝光时间，在曝光期间对红外灯的发光准确控制，让红外灯工作在最佳发光状态。
2.如权利要求1所述的一种低电压恒功率红外照明供电系统，其特征在于，所述低电压恒功率红外照明供电系统还包括电源，所述电源电压为48V 58V。
~
说明书 :
一种低电压恒功率红外照明供电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及红外照明供电系统，尤其涉及一种低电压恒功率红外照明供电系统。
背景技术
[0002] 随着虚拟现实技术在影视制作、高端影音娱乐等方面成功推广和应用，其终端采集设备VR动补摄像机成为必备，为扩大使用场景和范围，对红外照明要求提出更高要求。因
其供电系统是采用POE交换机供电，其能利用的功率有限，在输入功率不变的情况下，要提
高LED的照射距离，必须让其工作在最佳工作状态，在摄像机的曝光时间内充分利用光电转
换效率。但LED的工作特点是在瞬时电流大，其瞬时功耗大于电源能提供的功率。
其供电系统是采用POE交换机供电，其能利用的功率有限，在输入功率不变的情况下，要提
高LED的照射距离，必须让其工作在最佳工作状态，在摄像机的曝光时间内充分利用光电转
换效率。但LED的工作特点是在瞬时电流大，其瞬时功耗大于电源能提供的功率。
[0003] 现有的技术是选用SFH 4715AS，其参数是照射角度＝90°，Forward current(正向电流)IF＝1A,时间10ms，工作时间tp＝10ms时，其Typ Radiant Intensity(典型光强)＝
780mW/sr。实际使用中，设置电流为1A，tp＝2ms，10颗串联，工作频率最高频率200Hz，10W的
电源输入功率，理论输出的光强是3.12W/sr，实际照射距离是7米。
780mW/sr。实际使用中，设置电流为1A，tp＝2ms，10颗串联，工作频率最高频率200Hz，10W的
电源输入功率，理论输出的光强是3.12W/sr，实际照射距离是7米。
[0004] 因此，如何提高LED光电转换效率，达到更远照明距离，以满足摄像机最远感知距离的要求是一个亟需解决的技术问题。
发明内容
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了一种低电压恒功率红外照明供电系统，所述低电压恒功率红外照明供电系统包括驱动芯片、FPGA、电位器、红外灯及摄像机，其中：所述FPGA
连接驱动芯片的脉宽调制端；所述电位器连接驱动芯片的电平控制端；所述红外灯连接驱
动芯片输出端；所述红外灯设置于摄像机内部。
连接驱动芯片的脉宽调制端；所述电位器连接驱动芯片的电平控制端；所述红外灯连接驱
动芯片输出端；所述红外灯设置于摄像机内部。
[0006] 优选的，所述低电压恒功率红外照明供电系统还包括电源，所述电源电压为48V～58V。
[0007] 优选的，所述摄像头采用全局曝光图像传感器。
[0008] 优选的，所述FPGA的输出为脉宽和周期可调的PWM信号。
[0009] 优选的，所述脉宽与摄像机曝光时间同步。
[0010] 优选的，所述电位器的输出为可调电平信号，调节光源工作电流变化，用以改变光源亮度。
[0011] 优选的，所述红外灯的型号为SFH4259S‑AW的LED红外灯。
[0012] 优选的，所述驱动芯片采用的型号为LT3756EMSE的驱动芯片。
[0013] 优选的，所述电位器为数字电位器。
[0014] 本发明的有益效果在于：本发明充分利用驱动芯片电流可调的功能，使在低曝光时间的情况下能获得更远的距离，采用性能更好的发光器件，充分利用电源提供的能量，可
实现照射距离提高5倍，摄像机最远感知距离大于30M的需求。
实现照射距离提高5倍，摄像机最远感知距离大于30M的需求。
附图说明
[0015] 图1为本发明的结构示意图；
[0016] 图2为本发明的时序图；
[0017] 图中：1‑LT3756EMSE驱动芯片，2‑数字电位器，3‑FPGA，4‑摄像机。
具体实施方式
[0018] 为了对本发明的实施例进行详细说明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部
分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出
创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出
创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019] 本发明的主要目的在于提供一种低电压恒功率红外照明供电系统，旨在解决如何提高LED光电转换效率，达到更远照明距离，以满足摄像机最远感知距离的要求的技术问
题。
题。
[0020] 为实现上述目的，本发明提供了一种实施例，如图1所示，图1为本发明提供的一种低电压恒功率红外照明供电系统结构示意图，所述低电压恒功率红外照明供电系统包括
LT3756EMSE驱动芯片1、FPGA3、数字电位器2、LED红外灯及摄像机4，其中：所述FPGA3连接
LT3756EMSE驱动芯片1的PWM脚；所述数字电位器2连接LT3756EMSE驱动芯片1的CTRL脚；所
述LED红外灯连接LT3756EMSE驱动芯片1输出端；所述LED红外灯设置于摄像机4内部。
LT3756EMSE驱动芯片1、FPGA3、数字电位器2、LED红外灯及摄像机4，其中：所述FPGA3连接
LT3756EMSE驱动芯片1的PWM脚；所述数字电位器2连接LT3756EMSE驱动芯片1的CTRL脚；所
述LED红外灯连接LT3756EMSE驱动芯片1输出端；所述LED红外灯设置于摄像机4内部。
[0021] 具体的，输入功率为14W，电源电压为48V～58V。
[0022] 具体的，摄像机4采用的是全局曝光图像传感器，其感应光强是累加的方式，可充分利用曝光时间，在曝光期间对LED的发光准确控制，让其工作在最佳发光状态。
[0023] 具体的，主驱动芯片采用LT3756EMSE。
[0024] 具体的，控制信号有2个：第一个是FPGA给的脉宽和周期可调的PWM信号，脉宽与曝光时间同步，周期与采样周期同步，施加在LT3756EMSE的PWM脚。第二个是FPGA所控制的数
字电位器给出的可调电平信号，加在LT3756EMSE的CTRL脚，调节光源工作电流在零到最大
电流之间变化，来改变光源亮度，以此保证不同场景下的最佳动态图像捕捉效果。
字电位器给出的可调电平信号，加在LT3756EMSE的CTRL脚，调节光源工作电流在零到最大
电流之间变化，来改变光源亮度，以此保证不同场景下的最佳动态图像捕捉效果。
[0025] 具体的，要获得高速运动物体的清晰图像，可以通过调节以下几个参数来获得：1采样频率:频率越高越好。2：曝光时间：能够接收到光源信号的最短时间，该时间越短越好。
3:光源信号亮度：由于CCD图像传感器是被动接收物体的反射光，照射物体的光源信号的强
度就起决定性的作用，其越强，感知的距离越远。4：分割阈值：对于VR动补摄像机来说，其识
别的是场景中特定形状的物体，其图像处理(对特定形状的物体的过滤)也非常重要。
3:光源信号亮度：由于CCD图像传感器是被动接收物体的反射光，照射物体的光源信号的强
度就起决定性的作用，其越强，感知的距离越远。4：分割阈值：对于VR动补摄像机来说，其识
别的是场景中特定形状的物体，其图像处理(对特定形状的物体的过滤)也非常重要。
[0026] 具体的，上述参数互相影响和制约，需要根据使用场景手动调节。
[0027] 具体的，本发明所提供的低电压恒功率红外照明供电系统充分利用了驱动芯片电流可调的功能，使在低曝光时间的情况下能获得更远的距离；采用性能更好的发光器件，充
分利用了电源提供的能量。
分利用了电源提供的能量。
[0028] 可以理解的，本发明所提供的低电压恒功率红外照明供电系统可实现在曝光时间内，红外灯发光效率的最高能效比；红外灯工作时间连续可调，红外灯工作电流连续可调。
[0029] 具体的，本发明选用型号为SFH 4259S‑AW的LED，当工作条件是Forward current(正向电流)IF＝700mA,工作时间tp＝25μs时，其参数Typ Radiant Intensity(典型光强)
＝795mW/sr。查手册知，工作电压VF＝4V，工作占空比D＝0.05此参数下工作周期只能大于
等于500μs。
＝795mW/sr。查手册知，工作电压VF＝4V，工作占空比D＝0.05此参数下工作周期只能大于
等于500μs。
[0030] 具体的，根据以上器件参数得知，单颗LED消耗的平均功率为：
[0031] WAV＝VF×IFXD＝0.14W
[0032] 如果在500μs的大周期内100颗都工作就能能消耗掉：
[0033] WAV100＝100×WAV＝100×0.14W＝14W的平均功率，可实现最大光强输出；如果能在25μs内实现100颗同时工作最好，也就是说越快完成发光越好(需要的曝光时间越短)；当结
合驱动芯片和LED的参数时，只能将100颗分5组，每组20颗同时发光(25μs)，分时完成发光。
如果5组能在125μs内连续工作最好，但需要电源系统在125μs内提供：
合驱动芯片和LED的参数时，只能将100颗分5组，每组20颗同时发光(25μs)，分时完成发光。
如果5组能在125μs内连续工作最好，但需要电源系统在125μs内提供：
[0034] W100＝VF×IF×100＝280W的功率，理论可以用电容储能来实现，假设电容的冲放电压降为1V，根据电容储能公式：
[0035]
[0036] 可计算出电容容量为1.4mF，此容量的电容实现困难，如果选择每组工作25μs时，根据电容储能公式可计算出电容容量为2800μF，此容量的电容在可选范围。可得，电源系统
在并联2800μF的电容后，在500μs内，5组20颗的LED，每组工作25μs，间隔75μs，能充分利用
14W的电源功率。输出的光强是：
在并联2800μF的电容后，在500μs内，5组20颗的LED，每组工作25μs，间隔75μs，能充分利用
14W的电源功率。输出的光强是：
[0037] 79.5W/sr×100＝79.5W/sr
[0038] 照射距离可提高到：
[0039]
[0040] 具体的，照射距离提高了5倍，在输入功率为14W，电源电压为48V～58V，不同采样帧率(30Hz～400Hz)下，最长可变的曝光时间(33ms～2.5ms)内，通过合理选择器件和工作
方式，可实现摄像机最远感知距离为大于30M的需求。
方式，可实现摄像机最远感知距离为大于30M的需求。
[0041] 如图2所述，图2为本发明提供时序图，图中是采样频率400Hz，曝光时间2mS时，驱动电路的PWM控制信号和5组LED使能信号时序图，。PWM信号周期是100μs，正脉宽是25μs，其
与5组LED使能信号和曝光开关同步工作。因储能电容的参与实现了光强的稳定输出，对LED
电流的调节可以改变输出光强大小。该电源系统能提供稳定的能源给驱动电路来带动LED
输出。
与5组LED使能信号和曝光开关同步工作。因储能电容的参与实现了光强的稳定输出，对LED
电流的调节可以改变输出光强大小。该电源系统能提供稳定的能源给驱动电路来带动LED
输出。
[0042] 上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说
明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化
不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化
不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。