СХЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ СВЕТОИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ СХЕМУ ВОЗБУЖДЕНИЯ СВЕТОИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ЦЕННЫХ ДОКУМЕНТОВ И СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ СВЕТОИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ ПОСРЕДСТВОМ СХЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ СВЕТОИЗЛУЧАТЕЛЕЙ Российский патент 2024 года по МПК H05B45/37 H05B45/32 G07D7/121 

Область техники, к которой относится изобретение

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.

Уровень техники

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Сущность изобретения

Указанная задача решается с помощью признаков, описанных в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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".

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.

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.

Переключательный элемент импульсного регулятора отличается от переключательного элемента источника тока и управляется, независимо от последнего, посредством импульсного сигнала, генерируемого в самом импульсном регуляторе.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения устанавливаются следующие значения:

- наименьшая скорость изменения выходного напряжения импульсного регулятора dUSRA1/dt = 165 В/с,

- коэффициент пропорциональности импульсного регулятора KS=5,5,

- скорость изменения напряжения накопительного конденсатора dUSK1/dt=dUSRA1/dt/Ks/2 = 15 В/с

- напряжение зарядки RC-цепи UL=5 В,

- постоянная времени τ RC-цепи (зарядка) = UL/dUSK1/dt=0,3 с.

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.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения устанавливаются следующие значения:

- повышение выходного напряжения импульсного регулятора в паузе импульса dUSRA2 = 0,1 В,

- 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,

- коэффициент пропорциональности импульсного регулятора KS=5,5,

- снижение напряжения накопительного конденсатора dUSK2=dUSRA2/KS=0,0182 В,

- самая длительная пауза импульса TPause = 0,125 с,

- скорость изменения напряжения накопительного конденсатора dUSK2/dt=dUSK2/TPause = 0,146 В/с,

- максимальное напряжение накопительного конденсатора USKmax = 2,6 В,

- постоянная времени τ RC-цепи (разрядка) = USKmax/dUSK2/dt = 18 с.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Краткое описание чертежей

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:

на фиг. 1 - принципиальная схема возбуждения светоизлучателей в первом примере осуществления изобретения,

на фиг. 2 - принципиальная схема возбуждения светоизлучателей во втором примере осуществления изобретения,

на фиг. 3 - первый пример исполнения переключательной схемы для предлагаемой в изобретении схемы возбуждения светоизлучателей, основанной на принципе, представленном на фиг. 1,

на фиг. 4 второй пример исполнения переключательной схемы для предлагаемой в изобретении схемы возбуждения светоизлучателей, основанной на принципе, представленном на фиг. 2,

на фиг. 5 схема последовательности операций (в первом примере исполнения) предлагаемого в изобретении способа приведения в действие светоизлучательной нагрузки,

на фиг. 6 первая временная диаграмма напряжения/тока выбранных сигналов в схеме возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 3,

на фиг. 7 - выбранный участок временной диаграммы напряжения/тока, показанной на фиг. 6,

на фиг. 8 выбранный участок временной диаграммы напряжения/тока, показанной на фиг. 7,

на фиг. 9 - вторая временная диаграмма напряжения сигналов в схеме возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 3,

на фиг. 10 - первый участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9,

на фиг. 11 - второй участок временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9,

на фиг. 12 один из участков временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 9,

на фиг. 13 один из участков временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 12,

на фиг. 14 - один из участков временной диаграммы напряжения, показанной на фиг. 12.

Описание примеров осуществления изобретения

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.

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.

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".

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.

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.

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.

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.

На фиг. 1 показаны узел 21 сравнения и узел 22 регулирования управляющего напряжения блока 2 управления, которые более подробно описаны применительно к фиг. 3.

Ниже поясняется принцип действия схемы возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 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.

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.

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.

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.

Уровень управляющего напряжения U4 регулируется блоком 2 управления.

В первом состоянии переключения переключательного элемента N3 (источник 1 тока подключен) снимается падение напряжения на МОП V1 и выполняется соответствующее регулирование управляющего напряжения U4.

Во втором состоянии переключения переключательного элемента N3 (источник 1 тока отключен) регулирование управляющего напряжения U4 не выполняется.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Второй вывод V1_2 МОП V1 соединен с первым выводом токоизмерительного резистора R1 (шунта). Второй вывод токоизмерительного резистора R1 подключен к опорному потенциалу.

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.

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.

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.

В не показанном первом (разомкнутом) состоянии переключения переключательного элемента N3 первый (положительный) вход операционного усилителя N4 соединен с выходом ЦАП 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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Ниже поясняется принцип действия схемы возбуждения светоизлучателей, показанной на фиг. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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).

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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.

В пределах объема изобретения все описанные и/или изображенные и/или заявленные элементы могут комбинироваться друг с другом произвольным образом.

Изобретение относится к схеме возбуждения светоизлучателей, оптическому измерителю для распознавания машиночитаемых защитных признаков на ценных документах, содержащему схему возбуждения светоизлучателей, устройству для проверки ценных документов и способу приведения в действие светоизлучательной нагрузки посредством схемы возбуждения светоизлучателей. Техническим результатом является обеспечение высокоэффективной работы светоизлучательной нагрузки, в частности СИД-нагрузки, в которой осуществляется управление изменением напряжения импульсного регулятора. Результат достигается тем, что 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, источник тока, содержащий переключательный элемент и управляемый напряжением компонент, расположенный последовательно со светоизлучательной нагрузкой, причем на управляющий вывод переключательного элемента подается импульсный сигнал, обеспечивающий наличие соединения управляющего вывода управляемого напряжением компонента с источником напряжения в первом состоянии переключения переключательного элемента и отсутствие соединения управляющего вывода управляемого напряжением компонента с источником напряжения во втором состоянии переключения переключательного элемента, и блок управления, у которого первый вход соединен с первым выводом управляемого напряжением компонента и второй вход соединен со вторым выводом управляемого напряжением компонента для съема падения напряжения на управляемом напряжением компоненте в первом состоянии переключения, а выход соединен со входом управления импульсного регулятора для подачи управляющего напряжения, причем управляющее напряжение регулируется в зависимости от падения напряжения на управляемом напряжением компоненте. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Схема возбуждения светоизлучателей, включающая в себя:

- импульсный регулятор (N8), содержащий вход (N8_1) по напряжению для подачи входного напряжения (U6), выход (N8_2) по напряжению для вывода регулируемого выходного напряжения (U5), предназначенного для приведения в действие светоизлучательной нагрузки (3), и вход (N8_3) управления для подачи управляющего напряжения (U4), предназначенного для регулирования уровня выходного напряжения (U5),

- источник (1) тока, содержащий переключательный элемент (N3) и управляемый напряжением компонент (V1), расположенный последовательно со светоизлучательной нагрузкой (3), причем на управляющий вывод (N3_3) переключательного элемента (N3) подается импульсный сигнал (U7), причем в интервале формирования импульсного сигнала (U7) переключательный элемент (N3) переключается в первое состояние переключения, в котором управляющий вывод (V1_3) управляемого напряжением компонента (V1) соединен с источником (N2) напряжения, а в интервале паузы импульсного сигнала (U7) переключательный элемент (N3) переключается во второе состояние переключения, в котором управляющий вывод (V1_3) управляемого напряжением компонента (VI) не соединен с источником (N2) напряжения,

- блок (2) управления, у которого первый вход (2_1) соединен с первым выводом (V1_1) управляемого напряжением компонента (V1), второй вход (2_2) соединен со вторым выводом (V1_2) управляемого напряжением компонента (V1), а выход (2_3) соединен со входом (N8_3) управления импульсного регулятора (N8) для подачи управляющего напряжения (U4) на импульсный регулятор (N8), причем управляющее напряжение (U4) регулируется в зависимости от падения напряжения (UDS) между выводами (V1_1) и (V1_2) управляемого напряжением компонента (V1).

2. Схема возбуждения светоизлучателей по п. 1, в которой блок (2) управления содержит накопительный конденсатор (С2) для повышения или понижения уровня управляющего напряжения (U4) в зависимости от падения напряжения (UDS) на управляемом напряжением компоненте (V1), посредством чего выполняется регулирование управляющего напряжения (U4).

3. Схема возбуждения светоизлучателей по одному из предыдущих пунктов, в которой блок (2) управления содержит узел (21) сравнения, который на своем выходе выдает напряжение сравнения, уровень которого зависит от падения напряжения (UDS) на управляемом напряжением компоненте (V1), причем выход узла (21) сравнения соединен со входом узла (22) регулирования управляющего напряжения блока (2) управления, регулирующего уровень управляющего напряжения (U4) в зависимости от напряжения сравнения, причем выход узла (22) регулирования управляющего напряжения соединен со входом (N8_3) управления импульсного регулятора (N8) для подачи управляющего напряжения (U4).

4. Схема возбуждения светоизлучателей по п. 3, в которой управляющее напряжение (U4) повышается узлом (22) регулирования управляющего напряжения, если напряжение сравнения имеет первый уровень, и управляющее напряжение (U4) понижается узлом (22) регулирования управляющего напряжения, если напряжение сравнения имеет второй уровень, отличный от первого.

5. Схема возбуждения светоизлучателей по одному из пп. 3 или 4, в которой узел (21) сравнения содержит компаратор (N5) и источник (U1) постоянного напряжения, причем первый вход компаратора (N5) соединен с первым выводом (V1_1) управляемого напряжением компонента (V1), второй вход компаратора (N5) соединен с первым выводом источника (U1) постоянного напряжения, а второй вывод источника (U1) постоянного напряжения соединен, в качестве второго входа (2_2) блока (2) управления, со вторым выводом (V1_2) управляемого напряжением компонента (V1).

6. Схема возбуждения светоизлучателей по п. 5, в которой в линии, соединяющей первый вывод (V1_1) управляемого напряжением компонента (V1) и первый вход компаратора (N5), предусмотрен диод (V2), у которого анод соединен с первым входом компаратора (N5), а катод соединен, в качестве первого входа (21) блока (2) управления, с первым выводом (V1_1) управляемого напряжением компонента (V1).

7. Схема возбуждения светоизлучателей по п. 6, в которой первый вывод накопительного конденсатора (С1) узла (21) сравнения соединен с анодом диода (V2), а второй вывод - со вторым входом (2_2) блока (2) управления.

8. Схема возбуждения светоизлучателей по одному из пп. 2-7, в которой накопительный конденсатор (С2) блока (2) управления представляет собой часть первой RC-цепи, постоянная времени которой принимает такое значение, что наибольшая скорость изменения напряжения накопительного конденсатора меньше отношения наименьшей скорости изменения выходного напряжения и коэффициента пропорциональности импульсного регулятора.

9. Схема возбуждения светоизлучателей по п. 8, в которой накопительный конденсатор (С2) блока (2) управления также представляет собой часть второй RC-цепи, постоянная времени которой принимает такое значение, что выходное напряжение импульсного регулятора повышается в паузах импульса лишь на небольшую величину.

10. Схема возбуждения светоизлучателей по п. 9, в которой первая RC-цепь или вторая RC-цепь выбирается в зависимости от напряжения сравнения с помощью переключательного элемента (N6) узла (22) регулирования управляющего напряжения.

11. Оптический измеритель для распознавания машиночитаемых защитных признаков на ценных документах, содержащий по меньшей мере один светоизлучатель (V3) в качестве светоизлучательной нагрузки (3) для освещения защитного признака и схему возбуждения светоизлучателей по одному из предыдущих пунктов для приведения в действие светоизлучателя (V3).

12. Устройство для освещения защитного признака ценного документа, содержащее схему возбуждения светоизлучателей по одному из пп. 1-10 и светоизлучательную нагрузку (3).

13. Устройство для проверки ценных документов, в частности банкнот, содержащих машиночитаемый защитный признак, содержащее оптический измеритель по п. 11.

14. Способ (100) приведения в действие светоизлучательной нагрузки (3) посредством схемы возбуждения светоизлучателей по одному из пп. 1-10, включающий следующие шаги:

- подачу (101) импульсного сигнала (U7) на управляющий вывод (N3_3) переключательного элемента (N3) для соединения управляющего вывода (V1_3) управляемого напряжением компонента (V1) с источником (N2) напряжения,

- съем (102) падения напряжения (UDS) между выводами (V1_1) и (V1_2) управляемого напряжением компонента (V1) посредством блока (2) управления,

- регулирование (105, 108) управляющего напряжения (U4) посредством блока (2) управления, причем управляющее напряжение (U4) регулируется в зависимости от падения напряжения (UDS) на управляемом напряжением компоненте (VI),

- подачу управляющего напряжения (U4) на импульсный регулятор (N8) и вывод регулируемого выходного напряжения (U5) для приведения в действие светоизлучательной нагрузки (3) с использованием управляющего напряжения (U4) для регулирования (106, 109) уровня выходного напряжения (U5), причем управляющее напряжение (U4) предпочтительно обратно пропорционально выходному напряжению (U5).