低壓閃光燈方案

    摘要：本文介紹了手機和數(shù)碼相機用低壓閃光燈方案、主要器件，以及設計選用要求。

    關鍵詞：低壓閃光燈  Flash LED  電荷泵 

    閃光燈是一個用途非常廣泛的輔助工具，它是攝影光源的一種，當拍照時，周圍環(huán)境的自然光源（日光）或人工光源（燈光等）不足的時候，閃光燈就成了彌補這一不足的機動光源。各種相機內(nèi)置或外加的萬次閃光燈，最通用的都是通過振蕩和變壓器升壓，經(jīng)電容器儲存能量，在需要的瞬間釋放并感應出高壓，激發(fā)惰性氣體發(fā)出脈沖光源，從而獲得極強的瞬時功率。

    以高亮度LED為閃光燈源的低壓閃光燈的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的閃光燈帶來一個革命性的變化。低壓閃光燈不需要振蕩電路、不需要升壓變壓器和儲能大電容器，F(xiàn)lash LED只需要3.5—4.5V的直流電壓、100mA的電流就可使其發(fā)出2000mcd—3000mcd的高亮度光線，照亮需要輔助光的被攝主體。LED低壓閃光燈電路簡單、高效、省電、低成本、占PCB面積特小，特別適用于手機、數(shù)碼相機和手持設備，因此將贏得整個手持影像產(chǎn)品市場的青睞。

    高壓閃光燈電路

    目前常用的閃光燈電路大多是高壓閃光燈電路，它由振蕩電路、升壓變壓器、儲能大電容器、高壓線圈、惰性氣體閃光燈組成，典型電路圖如圖1。

    低壓閃光燈方案

    低壓閃光燈的電路十分經(jīng)濟，主要由升壓、穩(wěn)壓的電荷泵、Flash LED(LED閃光燈)、閃光控制開關組成。如圖2所示。

    低壓閃光燈優(yōu)勢

• 低壓閃光燈電路簡單、高效、省電、低成本、占PCB面積特??；
• 具備多種閃光燈模式，即自動閃光、脈沖閃光、連續(xù)單閃光、消除紅眼閃光，還可作為DVC的照明；
• 整個電路主要由電荷泵和Flsah LED組成；
• 不需要高壓，省去升壓變壓器和儲能大電容器；
• 高亮度SMD Flsah LED發(fā)光能達2000-5000mcd；
• SMD Flsah LED功耗低、不發(fā)熱、長壽命；
• 電容式電荷泵轉(zhuǎn)換效率高、周邊器件少；
• 電荷泵具有SHDN輸入端，可接受主機的控制信號，自動操作；
• 所有器件均超小封裝，占地面積小，安裝成本低；
• 適用于手機、DSC、DVC；
• 適合帶拍照功能手機，保護被拍照人隱私需要。

    手機相機閃光燈典型電路

    手機照相機的分辨率為20—100萬像素，由于手機的體積都比較小，因此它所能給予安裝閃光燈的空間也十分有限，F(xiàn)lash LED的幾何尺寸是5X6X2.5mm，以后將會有3X3X2mm的更小封裝，電荷泵是SOT-23封裝，都是Mini型的，剛好能滿足手機設計的要求。

    圖3是100-200mA峰值電流的手機照相機閃光燈電路圖，它用一顆AAT3110IGU-4.5V的電容式電荷泵，將手機鋰電池的電壓升壓并穩(wěn)壓至4.5V，向一顆EL-61-25UWC Flash LED提供4.5V工作電壓、100-200mA峰值電流，F(xiàn)DG335N MOSFET作為閃光開關，峰值電流經(jīng)它形成回路。電荷泵的輸入濾波電容器為10uF，輸出濾波電容器為4.7uF，儲能電容器為1uF，均選用等效串聯(lián)電阻（ESR）小的X7R、X5R陶瓷電容器。RB為Flash LED平衡電阻，RF為峰值電流調(diào)節(jié)電阻，改變這個電阻可以設定峰值電流的大小，見表1 AAT3110IGU-4.5V峰值Flash LED電流試驗表所示。圖3為閃光前后Flash LED的電流變化圖。

    數(shù)碼相機閃光燈典型電路

    增加Flash LED的數(shù)量可以滿足數(shù)碼相機對閃光亮度和閃光距離的不同要求，圖4是能提供300-400mA電流的數(shù)碼相機閃光燈典型電路。一顆AAT3110IGU-4.5V電荷泵只能提供200mA峰值電流（最大IF=250mA/ 100ms），因此需要二顆AAT3110IGU-4.5V電荷泵并聯(lián)才能輸出400mA峰值電流；一顆Flash LED的IFP是100mA，因此400mA峰值電流能驅(qū)動四顆Flash LED。二顆AAT3110共享CIN 和COUT，可節(jié)省PCB空間和成本，第二顆AAT3110 (B) 和閃光門控制共用同一個信號，閃光停閃期間，二極管組成閃光門的RC泄放延遲電路。

    LED閃光燈

    LED閃光燈目前都是一顆LED閃光燈安裝五個藍色LED管芯加上黃磷濾色鏡的結(jié)構(gòu)原理來發(fā)出白光的，這也是最經(jīng)濟實用的方案；用一顆RGB（紅綠藍）三色管芯LED也是可以合成白光，但一顆RGB LED比一顆LED閃光燈價格貴，紅綠藍三色要分別調(diào)控亮度才能合成白光，使用成本較高，只有在需要調(diào)節(jié)閃光色溫和多彩的高級方案中才選用。

    LED閃光燈都帶反光罩和透鏡，因此在幾米的距離內(nèi)能提供均衡的光線。

    Flash LED的外形圖和電路圖符號如圖5所示。Flash LED的主要技術參數(shù)是亮度（IV）、視角、前向電壓（VF）、前向電流（IF）、功耗（Pd）、峰值電流IF(Peak)、外形尺寸。表2是常用Flash LED性能表。

    電容式電荷泵

    低壓閃光燈Flash LED要其發(fā)出耀眼的白光，必需供給其恒定的電壓和較大的電流，為了減少升壓器件的工作頻率對RF的影響，一般選用以電容器為電能傳遞中間體的電容式電荷泵；電容式電荷泵的效率按其升壓方法分有倍頻和分數(shù)倍頻二種，前者效率約90%，后者效率約93-95%，效率的計算與輸入、輸出的電壓有關；電容式電荷泵的開關工作頻越高其所需的濾波電容器容量也越小，對RF的干擾也越??；電容式電荷泵按其輸出分有恒壓輸出、恒流輸出；對Flash LED驅(qū)動一般采用并聯(lián)恒壓、大電流瞬時驅(qū)動方案。