新型手機拍攝用閃光燈電源電

目前市場上流行的網易拍、家用小型數碼相機以及個人數字助理和手機上附設的數碼相機等外設，在拍攝時大多利用自然光自動測光拍攝。這使得這些數碼照相和攝像機只有在白天或光線比較充裕的條件下才能進行拍攝。之所以出現這種情況，究其原因，不外乎兩條：一是附加閃光電路的成本問題，二是傳統閃光電路體積尺寸太大，幾乎無法嵌入網易拍和手機之中。為此，本文介紹一種用于手機拍攝的、微型、低成本的閃光燈電源電路。該電路的附加元器件材料成本不足30元，體積不足鈕扣般大小，很好地解決了上述數碼相機附加閃光燈電路的成本和體積問題。

主要特點

這種新型手機拍攝用閃光燈電源電路選用美國MAXIM公司最新推出的DC-DC電源轉換集成電路MAX1583來實現。這是MAXIM公司不久前剛剛推出的一種新器件，它能以很大的穩(wěn)定電流驅動5個串聯白色LED，因而可用在手機、PDA以及其它手持設備中照相機閃光燈的電源控制集成電路中。

MAX1583芯片內部集成有1MHz、24V的DC-DC升壓轉換器和高壓低壓差（LDO）電流調節(jié)器，工作電壓范圍為2.6V～5.5V。MAX1583具有關斷、攝像、預充電和閃光等4種工作模式，其中關斷模式下的最大耗散電流為0.5 A，攝像模式下的輸出電流通過編程最高可達100mA，預充電模式可在LED關閉后再次將充電電容的電壓充至24V，閃光模式主要用于曝光時閃光燈的開啟，閃光電流則可通過編程來實現（最高可達300mA）。MAX1583的這些工作模式均可通過芯片上的兩個邏輯輸入端來進行選擇。此外，MAX1583還具有過電壓和過熱關斷保護功能。

MAX1583采用小型10引腳TDFN封裝形式（芯片尺寸僅3mm 3mm），工作溫度范圍為 40 C ～ +85 C。MAX1583的輸入電流可在設計時將其設置為三個不同的值，分別為MAX1583X (1A)、 MAX1583Y (500mA)和MAX1583Z(250mA)。MAX1583的主要特點如下：

（1）支持5只LED的開通或閃光操作

（2）具有閃光（300mA）、預充電、攝像（100mA）和關斷（此時靜態(tài)電流僅0.01 A）四種操作模式

（3）有三種電流限制可選，分別為：1A（MAX1583X）、500mA(MAX1583Y)和250mA(MAX1583Z)

（4）外部電路十分簡單

（5）具有2.6V～5.5V的寬輸入電壓范圍

（6）帶有24V輸出過電壓保護功能

（7）攝像模式時，其功率轉換效率可高達80％

（8）片內帶有關斷保護功能

功能結構

MAX1583采用10引腳TDFN封裝的引腳排列圖如圖1所示。各引腳的主要功能如下：

1腳（Ground）， 接地端，設計時通常將該段連接到芯片表面各引腳中間的裸露部分。

2腳（IN），電源電壓輸入腳，輸入電壓范圍為2.6V～5.5V，設計時，應在該引腳和接地端子間連接一個4.7 F的陶瓷電容以進行旁路。

3腳（MOV），攝像模式電流設置輸入，在MOV和接地端連接一個電阻可對設想模式時的LED電流進行設置，具體方法是：

RMOV＝60/ILED

但應注意，設計時，RMOV應大于600K 。

4腳（STB），閃光模式時的操作電流設置輸入引腳，在STB腳和接地端連接一個電阻可設置閃光模式時的LED電流，具體方法是：
RSTB＝600/ILED
設計時，RSTB 一般應大于2K 。

5腳（POK），電源好輸出引腳。在預充電模式，該腳下拉到地電平；而當VOUT電壓達到24V時，該引腳變?yōu)楦咦杩範顟B(tài)。

6、7腳（EN1，EN2），操作模式設定使能引腳，這兩個引腳的邏輯狀態(tài)可用于設置MAX1583的操作模式，具體設置方法如表1所列。

圖1 MAX1583的引腳排列

表1：MAX1583的操作模式設定方法

8腳（OUT），輸出電壓檢測引腳，一旦電路中的輸出電壓VOUT高于24V，MAX1583中的轉換電路馬上停止工作；而當VOUT電壓將至23.5V，轉換電路將隨之啟動。

9腳（LED），LED開關輸入，設計時，可將該段接至串聯LED的負極，并在攝像模式時將該端電壓調節(jié)到0.6V。實際上，在關斷模式和預充電模式，該段呈現高阻抗。

10腳（LX），電感連接端，該端內部與片內功率MOSFET的漏極相連，外部則與一個電感器相連。在電路關斷期間，LX腳為高阻態(tài)。
另外，在MAX1583芯片引腳表面一側的中間，還設計了一片裸漏的部分，該部分通常與電路的接地端相連。

MAX1583芯片內部含有轉換控制、電路調節(jié)、使能解碼、電壓參考、過熱保護以及電源準備好等電路，同時含有限流比較器、電源準備好比較器、攝像模式反饋比較器等。圖2所示是MAX1583的內部結構原理圖。

手機拍攝用閃光燈電路電路設計

用MAX1583的手機拍攝閃光燈電源電路如圖3所示。由圖可見，該閃光燈電路十分簡單，它只需要幾個電容和電阻，以及一個電感、一個肖特基二極管便可驅動白色LED。下面對該電路的設計過程作一簡要說明。

圖3 基于MAX1583的閃光燈電源電路

LED電流的調整

圖3電路在閃光和攝像模式時的LED電流可通過外部電阻來進行調節(jié)。

在閃光模式，LED電流的大小由位于STB和GND之間的電阻RSTB來設置。在該模式，芯片STB端的電壓VSTB應調至0.6V，此時，LED中流過的電流與STB腳電流的增益比理論上可以達到1000。而實際上，通過RSTB設置LED電流的大小由下式給出比較合適：

RSTB=600/ILED(DESIRED)

而在攝像模式，LED電流的大小則由位于MOV和GND之間的電阻RMOV來決定。該模式時，芯片MOV端的電壓VMOV亦應調至0.6V，但其LED電流與MOV腳電流的理論增益則為100，通過RMOV設置LED電流的實際計算公式應為：

RMOV=60/ ILED(DESIRED)

充電電容器及電流限制

在閃光模式，MAX1583中的電流必須經過快速轉換器處理才能獲取所需的LED閃光電流。但MAX1583有250mA、500mA及1A等三個出廠預設電流限制。因此，電路在工作時，一旦LED電流高于芯片的電流門限值，MAX1583內部的MOSFET將在極短時間內關斷以使輸出電流下降，從而完成一次閃光操作。實際上，設計時可通過OUT和GND 之間的充電電容來獲得更大的LED電流，該充電電容器的電容值可由下式計算：

CRES=(ILED IBOOST)tSTROBE /(24V-nVF)

式中， ILED是所需的LED閃光電流，IBOOST是轉換控制器的最大電流，tSTROBE是閃光持續(xù)的時間，n是電路中串聯的白色LED個數，VF是LED的正向壓降。

假如圖3電路中MAX1583的最小輸入電壓為3.2V，所需的LED閃光電流為100mA， MAX1583的轉換控制電流設定為75mA，兩個串連在一起的LED的正向電壓為4V，希望閃光持續(xù)的時間為30ms，那么，充電電容CRES則可由下式決定：

CRES=(100mA 75mA) 30mA/[24V-(2 4V)]＝47 F

輸入電容選擇

電路中的陶瓷電容C1主要用于輸入旁路，該電容應盡量靠近芯片。值得注意的是：不同芯片所用的輸入旁路電容器的電容值有所不同，MAX1583X所需的旁路電容值為22 F， MAX1583Y所需的旁路電容值為10 F，而MAX1583Z則只需4 F就可以了。

輸出電容選擇

閃光模式時所需的輸出電容的容量應由所需的LED電流及脈沖周期來決定。需注意的是：輸出電容的耐壓必須大于25V。另外，設計時還應在整個串聯LED的兩端跨接一個0.1 F/25V的儲能電容器。

電感的選擇

電路中的電感選擇范圍一般為4.7 H~47 H。當輸入電壓接近5V時，使用較大的電感會取得更好的效果。設計時，為了保證其中心飽和度，應確保電感的額定飽和電流不小于MAX1583的限制電流（250mA，500mA，1A）。

肖特基二極管的選擇

在電路中MAX1583的LX端外接一個高速整流二極管D1能夠達到更好的效果。最好采用快恢復和前向壓降較小的二極管。同時應確保二極管的平均電流和峰值電流分別高于MAX1583的平均輸出電流和限制電流（250mA，500mA，1A）。另外，二極管的反向擊穿電壓也必須高于電路的輸出電壓VOUT。