手機(jī)相機(jī)的LED閃光燈驅(qū)動(dòng)電路

    每年市場(chǎng)上都要新增幾百款手機(jī)，這些手機(jī)的基本功能都一樣，那就是通信。手機(jī)的周邊設(shè)計(jì)是增加手機(jī)附加功能、增加手機(jī)賣(mài)點(diǎn)以及新利潤(rùn)點(diǎn)的主要途徑。不同手機(jī)的區(qū)別主要住于外圍功能，譬如外觀、屏幕顏色亮度、多媒體功能、藍(lán)牙、照相機(jī)功能等。手機(jī)集成照相機(jī)功能是現(xiàn)在手機(jī)設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)，手機(jī)相機(jī)的像素也越來(lái)越高。為獲得更好的圖像效果，手機(jī)相機(jī)的閃光燈功能也變得越來(lái)越重要。 

　　目前的手機(jī)相機(jī)主要采用 LED閃光燈。閃燈用的LED只需要3.5～4.5V直流電壓、120～250mA電流就可以發(fā)出2000～7500mcd的高亮度光。LED低壓閃光燈電路簡(jiǎn)單、高效、省電，而且成本低、PCB面積小，特別適用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和手持設(shè)備，很受手持影像產(chǎn)品市場(chǎng)的青睞。

　　LED閃光燈驅(qū)動(dòng)控制正向電流方案

　　根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的輸出特性，LED閃光燈的驅(qū)動(dòng)電路可分為恒壓型和恒流型；按電路工作原理，可以分為升壓電路和電荷泵電路。

　　LED是電流驅(qū)動(dòng)型器件 ，其亮度與電流成比例關(guān)系。在恒壓型驅(qū)動(dòng)電路中，往往有一個(gè)電阻與LED串聯(lián)，用來(lái)確定產(chǎn)生預(yù)期正向電流所需向LED提供的電壓。這種方式有一個(gè)缺點(diǎn)，即LED正向電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致LED電流的變化，從而無(wú)法保證流過(guò)LED的電流等于預(yù)設(shè)值，也就無(wú)法確保LED的亮度恒定。

　　在恒流型驅(qū)動(dòng)電路中，通過(guò)檢測(cè)串聯(lián)在LED上電阻的電壓來(lái)保證流過(guò)LED的電流恒定。這種方式可以消除正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化，因此可產(chǎn)生固定的LED亮度。

　　由于手機(jī)電池電壓的工作范圍一般為3.6V～4.2V，而LED的正向電壓一般為3V～4V，所以存低電壓輸入、高電壓輸出的時(shí)候，必須采用升壓電路將電壓升高以驅(qū)動(dòng)LED。閃光燈驅(qū)動(dòng)一般采用兩種方式升壓，一種是采用電感作儲(chǔ)能元件的升壓電路，另一種是采用電容作儲(chǔ)能元件的電荷泵。

　　升壓電路采用電感作為儲(chǔ)能元件，其優(yōu)點(diǎn)是效率相對(duì)較高。圖l給出了升壓電路的原理圖。

    現(xiàn)在市場(chǎng)的LED閃光燈驅(qū)動(dòng)控制器都集成了控制電路和升壓開(kāi)關(guān)管，但是電感和用于續(xù)流的肖特基二極管還是外接的，這增加了電路的復(fù)雜性、成本和PCB面積。此外，由于閃光燈驅(qū)功電路、LED、顯示屏、手機(jī)天線一般位于手機(jī)上端，與手機(jī)的射頻電路靠得很近，所以有效防止驅(qū)動(dòng)電路電感的EMI干擾也是很重要的問(wèn)題。

　　電荷泵采用電容作儲(chǔ)能元件，電荷泵不需要外接電感，因此不存在電磁干擾的問(wèn)題。此外，整個(gè)解決方案所占PCB的面積也較小，但相對(duì)來(lái)說(shuō)效率較低。由于閃光燈工作時(shí)間非常短，持續(xù)時(shí)間一般為100～300ms，所以效率對(duì)電池使用時(shí)間的影響不是太大。

　　LED閃光燈驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　Sipex公司的基于電荷泵工作模式的閃光燈驅(qū)動(dòng)芯片，SP6686、SP6685和SP7685支持的閃光燈電流分別為400mA、700mA和1.2A。由于它們的開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)2.4MHz，所以輸入輸出電容和電荷泵電容的容值都可以選擇比業(yè)內(nèi)其產(chǎn)品低。這三款產(chǎn)品都腳對(duì)腳兼容，僅僅是電流的最大值不同。下面以SP6685為例討論這些產(chǎn)品的特性和應(yīng)用，圖2是SP6685的應(yīng)用電路圖。

    Sipex閃光燈驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品的外圍電路非常簡(jiǎn)單，僅僅需要三個(gè)電容兩個(gè)電阻，其中Rsense和RSET來(lái)設(shè)置閃光模式和常亮模式的LED電流。

　　1.SP6685的常亮模式：

　　SP6685為恒流型驅(qū)動(dòng)芯片，在常亮模式下FB管腳的電壓50Mv(典型值)，這樣LED上的電流為:

　　ILED=50mV/Rsense

　　需要指出的是，由于FB的電壓為50mA，所以即使通過(guò)滿(mǎn)載200mA電流,Rsense消耗的功率為：

　　Rsense=50mV×200mA=0.01W

　　由此可見(jiàn)，僅用0603封裝的SMD電阻就可以滿(mǎn)足要求。但在恒壓輸出工作模式的驅(qū)動(dòng)電路中，限流電阻必須選擇較大的封裝。LED的正向電壓一般為3V∽4V，當(dāng)輸出電壓為5V時(shí)，加在限流電阻上的電壓為1V∽2V，假設(shè)閃光燈電流200mA,則限流電阻的功耗為：

　　PR=U×I=(1V∽2V)×0.2A=0.2W∽0.4W

　　這時(shí)必須采用4個(gè)1206封裝的貼片電阻。相比采用一個(gè)0603電阻的SP6685，其PCB面積大大增加。

　　與恒壓輸出的電荷泵相比，SP6685具有效率方面的優(yōu)勢(shì)。電荷泵的效率η取決于輸入電壓Vin LED的正向電壓Vf和升壓倍數(shù)K(1X,1.5X,2X),其方程式為：

　　η=Vf / (Vin×k)

　　由于手機(jī)電池的工作范圍3.6V∽4.2V，當(dāng)輸出電壓為5V時(shí)，電荷泵必須工作在升壓模式下，即K必須為或者2。而實(shí)際上，當(dāng)輸入電壓高于LED正向電壓Vf一定幅值時(shí)，電荷泵可以工作在1X模式下，這時(shí)的功率將大大超過(guò)1.5X和2X模式下的效率。

　　2.SP6685的閃光模式：

　　SP6685的閃光模式下的FB電壓由RSET決定，計(jì)算公式如下：

　　VFB=(1.26V×RSET)×11.2kΩ

　　其中，1.26V是芯片內(nèi)部參考電壓，使內(nèi)部限流電阻。這樣，LED上的電流為：

　　ILED=VFB/Rsense

　　由于LED的電流不通過(guò)RSET，所以幾乎不消耗功率，可以選擇0603或者0402封裝的電阻。在整個(gè)閃光燈驅(qū)動(dòng)電路方案中，僅需要兩個(gè)封裝的電阻和三個(gè)0805封裝的電阻，所需的PCB面積為5.4×3mm，具有業(yè)內(nèi)最小體積。

　　綜合所述，Sipex公司的閃光燈驅(qū)動(dòng)系列產(chǎn)品具有很多優(yōu)勢(shì)，包括：采用電流控制模式，可以精確控制LED上的電流和亮度；外圍器件最少，所需封裝最??；開(kāi)關(guān)頻率最高，可以選擇較小容值的濾波電容和電荷泵電容；

　　不需要電感，不會(huì)產(chǎn)生EMI干擾問(wèn)題；可以工作在1X模式下并且反饋電壓低至50mV，所以SP7685/6685/6686的效率在采用電荷泵模式的芯片中為最高；SP7685內(nèi)置Timeout功能，在閃光模式下2.5秒后自動(dòng)關(guān)機(jī)，從而保護(hù)LED，以免LED過(guò)熱；提供業(yè)內(nèi)最大驅(qū)動(dòng)電流(達(dá)1.2A)，并有700mA、400mA不同等級(jí)的驅(qū)動(dòng)芯片供選擇。