照相手機閃光燈驅動方案

概述 隨著攝像傳感器和光學部件的改進, 照相手機在手機市場占有越來越大的比例。為了得到高質量的相片,選擇適當?shù)?strong>閃光燈非常重要。

閃光燈類型 現(xiàn)有的閃光燈主要有兩種：發(fā)光二極管(LED)和氙燈。以下是它們用作閃光燈的簡單操作和性能。

(I) 氙燈的工作原理: 氙燈是充滿氙氣的柱狀燈管,其陽極、陰極直接接觸氣體。觸發(fā)電極分布在燈管外表面,通過玻璃外層傳送一個較高的電壓脈沖來將燈管內惰性氣體離子化,使其阻抗降至1 歐姆以下,并容許產生高亮度光源的電流在陰極和陽極之間流動。隨著電流脈沖衰減,燈管電壓下降,最終再次恢復到高阻狀態(tài),等待另一次觸發(fā)。圖1為氙燈的簡單框圖。

>圖1. 氙燈的簡單框圖 (II) LED的工作原理: LED類似于小型燈泡,與白熾燈不同的是,它們沒有燈絲且溫度不會很高。LED利用電子在半導體內部的移動產生光源。導致LED發(fā)光的是加入硅中的參雜物質,如鎵、砷化物、銦和氮化物等,電流通過LED時會發(fā)出光子。新開發(fā)的LED,亮度足以與傳統(tǒng)的照明技術競爭,因此在大部分應用中,現(xiàn)代的LED已經(jīng)能夠取代白熾燈。

氙燈和LED的驅動電路︰ (I): 氙燈︰ 圖2為變壓器變壓器耦合的反激式轉換器,當EN引腳為高電平時,功率開關導通,允許變壓器產生高的電壓脈沖,經(jīng)過整流濾波產生300 V直流輸出。適用于2節(jié)堿性電池/NiMH電池或單節(jié)Li+電池供電的數(shù)碼相機和照相電話。當閃光燈電容充滿電時,漏極開路輸出/DONE會產生指示信號。MAX8622每11秒自動啟動一次輸出充電,能夠以最小電池電流保持電容器的電荷量。利用外部電阻分壓器監(jiān)控輸出電壓可以提供較高的充電精度。直接檢測變壓器二次側,除了防止輸出電容通過反饋電阻放電外,還可以直接檢測輸出電壓,以獲得最好的電壓精度,并使其不依賴于變壓器的匝數(shù)比。MAX8622具有以下主要特性： (1): 能夠對任何大小的閃光燈電容充電,只需2.8 秒即可把100uF 電容充到300V。 (2): 沒有浪涌電流。 (3): 可編程輸入電流限制至1.6A。 (4): 自動“重閃”(Reflash)模式。 (5): 輸入電壓監(jiān)控可延長電池使用時間。 (6): 此架構允許使用低成本變壓器。 (7): 充電完成指示。圖3為MAX8622的充電時間與輸入電壓對應關系曲線。

>圖2.由電阻設定初級電流限制的MAX8622典型應用電路

>圖3. MAX8622充電時間與輸入電壓

(II)LED︰ LED 用作照相手機閃光燈時有兩種不同的連接方式---并聯(lián)和串聯(lián)。串聯(lián)方式中所有LED流過相同的電流,可得到均勻的亮度和鍵盤背光,適用于較大尺寸的TFT 面板。但是,該方案在照相手機閃光燈應用中需要一個大尺寸儲能電容,容量與所需閃光燈電流、升壓轉換器的最大輸出電流、串聯(lián)LED的數(shù)量以及閃光時間有關。選用LED并聯(lián)方式時,我們能得到更高亮度（雖然每個LED亮度略有不同）。它只需要一個小的電容器作為濾波,Maxim針對兩種方式提供了不同的解決方案。 (1): MAX1583：能夠以大電流驅動5 個串聯(lián)白光LED,適用于移動電話、PDA和其它手持終端。圖4是為串聯(lián)LED提供驅動的典型應用電路,兩個邏輯輸入EN1/EN用于選擇4種操作模式︰ 關斷模式(0.5uA 最大)、放映模式(電流達100 mA)、預充模式（在LED 熄滅時將儲能電容充電至24V）和閃光燈模式（電流達300mA）。MAX1583有3種不同的輸入電流限制版本(1A︰MAX1583X; 0. 5A︰MAX1583Y 和0.25A︰MAX1583Z),便于用戶針對具體應用選擇適當?shù)膬δ茈娙荨?/p>

>圖4. 照相手機閃光燈驅動典型應用電路MAX1583能夠調節(jié)流經(jīng)LED的電流,以獲得適當?shù)目刂屏炼?。在放映模式?EN1置為高電平, EN2 置為低電平),升壓轉換器根據(jù)電壓需要進行開、關操作,以確保VLED穩(wěn)在0.6V,流經(jīng)LED 的電流穩(wěn)定在MOV 引腳外接電阻的設定值( 60/RMOV)。在閃光燈模式下(EN1、EN 2均為高電平),除非達到過壓保護,此升壓轉換器會連續(xù)切換以提供足夠電流給LED,此電流被穩(wěn)定在STB引腳外接電阻的設定值(600/RSTB)。 MAX1583的預充模式(EN1置低、EN2置高)將輸出電容充電至24V,可迅速切換到閃光燈模式。當Vout達到24V時,POK變?yōu)楦咦? MAX1583 將停止開關操作,直到Vout 低于23.5 V,LED 在此模式下熄滅(高阻)。輸出儲能電容可由下式計算：Cres =(ILED-Iboost)* Tstrobe /(24V - n * VF),ILED和Tstrobe為所需閃光燈電流和持續(xù)時間;Iboost為升壓轉換器所能提供的最大輸出電流;n為LED的數(shù)目、VF為每個LED的正向導通壓降。 (2): 對于在LED 并聯(lián)方式,用戶可能使用多個白光LED 并聯(lián)或選用Luxeon LED,提供比一般白光LED更高的亮度給照相手機閃光燈。MAX1574/MAX1576/MAX1577電荷泵可用于并聯(lián)LED的驅動,例如, MAX1576可以調節(jié)電流,驅動8個白光LED。主LED組(LED1-LED4)可以獲得每只30 mA的驅動電流。閃光燈組(LED5一LED8)可獨立控制,每只可獲得100 mA的驅動電流(共400 mA)。借助于MAX1576的自動倍壓模式和低壓差電流調節(jié)器,能夠在1節(jié)Li+電池的整個工作電壓范圍內提供高轉換效率,圖5是它的典型應用電路。利用兩個外接電阻分別設置二組LED的最大電流。4個控制引腳用于控制LED的亮度。ENM1和ENM2可將主LED組電流設成最大電流的10%、30%或 100%。ENF1和ENF2可將閃光燈組電流設置成最大電流的20%、40%或100%%。

>圖5. MAX1576 用于背光及閃光燈驅動的典型應用電路 結論︰ 由上述討論可知,氙燈和白光LED用于照相手機閃光燈的主要差別是：氙燈可提供比白光LED更高的亮度,其線源輸出更容易獲得均勻的亮度,但驅動電路較復雜,須產生千伏電壓觸發(fā)和300 V的閃光燈驅動,具體實施具有較高的復雜度,而且需要考慮安全規(guī)范問題。一般白光LED的閃光亮度受限于它的點輸出特性,需要多個LED并聯(lián)或串聯(lián)來增加有效亮度, 也可以使用高亮度的LUXEON LED,但目前它的價格對于商用照相手機來說略高一些。