照相手機(jī)閃光燈驅(qū)動(dòng)方案

概述 隨著攝像傳感器和光學(xué)部件的改進(jìn), 照相手機(jī)在手機(jī)市場(chǎng)占有越來越大的比例。為了得到高質(zhì)量的相片，選擇適當(dāng)?shù)拈W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(jiǎn)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(yáng)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(gè)較高的電壓脈沖來將燈管內(nèi)惰性氣體離子化，使其阻抗降至1 歐姆以下，并容許產(chǎn)生高亮度光源的電流在陰極和陽(yáng)極之間流動(dòng)。隨著電流脈沖衰減，燈管電壓下降，最終再次恢復(fù)到高阻狀態(tài)，等待另一次觸發(fā)。圖1為氙燈的簡(jiǎn)單框圖。

圖1. 氙燈的簡(jiǎn)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(huì)很高。LED利用電子在半導(dǎo)體內(nèi)部的移動(dòng)產(chǎn)生光源。導(dǎo)致LED發(fā)光的是加入硅中的參雜物質(zhì)，如鎵、砷化物、銦和氮化物等，電流通過LED時(shí)會(huì)發(fā)出光子。新開發(fā)的LED，亮度足以與傳統(tǒng)的照明技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，因此在大部分應(yīng)用中,現(xiàn)代的LED已經(jīng)能夠取代白熾燈。

氙燈和LED的驅(qū)動(dòng)電路︰ (I): 氙燈︰ 圖2為變壓器變壓器耦合的反激式轉(zhuǎn)換器，當(dāng)EN引腳為高電平時(shí)，功率開關(guān)導(dǎo)通,允許變壓器產(chǎn)生高的電壓脈沖，經(jīng)過整流濾波產(chǎn)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(jī)和照相電話。當(dāng)閃光燈電容充滿電時(shí)，漏極開路輸出/DONE會(huì)產(chǎn)生指示信號(hào)。MAX8622每11秒自動(dòng)啟動(dòng)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(cè)變壓器二次側(cè)，除了防止輸出電容通過反饋電阻放電外，還可以直接檢測(cè)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?qū)θ魏未笮〉拈W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(dòng)“重閃”(Reflash)模式。 (5): 輸入電壓監(jiān)控可延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。 (6): 此架構(gòu)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(shí)間與輸入電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。

圖2.由電阻設(shè)定初級(jí)電流限制的MAX8622典型應(yīng)用電路

圖3. MAX8622充電時(shí)間與輸入電壓

(II)LED︰ LED用作照相手機(jī)閃光燈時(shí)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(jī)閃光燈應(yīng)用中需要一個(gè)大尺寸儲(chǔ)能電容，容量與所需閃光燈電流、升壓轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流、串聯(lián)LED的數(shù)量以及閃光時(shí)間有關(guān)。選用LED并聯(lián)方式時(shí)，我們能得到更高亮度（雖然每個(gè)LED亮度略有不同）。它只需要一個(gè)小的電容器作為濾波，Maxim針對(duì)兩種方式提供了不同的解決方案。 (1): MAX1583：能夠以大電流驅(qū)動(dòng)5 個(gè)串聯(lián)白光LED，適用于移動(dòng)電話、PDA和其它手持終端。圖4是為串聯(lián)LED提供驅(qū)動(dòng)的典型應(yīng)用電路，兩個(gè)邏輯輸入EN1/EN用于選擇4種操作模式︰關(guān)斷模式(0.5uA 最大)、放映模式(電流達(dá)100 mA)、預(yù)充模式（在LED 熄滅時(shí)將儲(chǔ)能電容充電至24V）和閃光燈模式（電流達(dá)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(duì)具體應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)膬?chǔ)能電容。

圖4. 照相手機(jī)閃光燈驅(qū)動(dòng)典型應(yīng)用電路MAX1583能夠調(diào)節(jié)流經(jīng)LED的電流，以獲得適當(dāng)?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(zhuǎn)換器根據(jù)電壓需要進(jìn)行開、關(guān)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(shè)定值( 60/RMOV)。在閃光燈模式下(EN1、EN 2均為高電平)，除非達(dá)到過壓保護(hù),此升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)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(shè)定值(600/RSTB)。MAX1583的預(yù)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(dāng)Vout達(dá)到24V時(shí)，POK變?yōu)楦咦?，MAX1583 將停止開關(guān)操作，直到Vout 低于23.5 V，LED 在此模式下熄滅(高阻)。輸出儲(chǔ)能電容可由下式計(jì)算：Cres =(ILED-Iboost)* Tstrobe /(24V - n * VF)，ILED和Tstrobe為所需閃光燈電流和持續(xù)時(shí)間；Iboost為升壓轉(zhuǎn)換器所能提供的最大輸出電流；n為L(zhǎng)ED的數(shù)目、VF為每個(gè)LED的正向?qū)▔航怠?(2): 對(duì)于在LED 并聯(lián)方式，用戶可能使用多個(gè)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(jī)閃光燈。MAX1574/MAX1576/MAX1577電荷泵可用于并聯(lián)LED的驅(qū)動(dòng)，例如，MAX1576可以調(diào)節(jié)電流，驅(qū)動(dòng)8個(gè)白光LED。主LED組(LED1-LED4)可以獲得每只30 mA的驅(qū)動(dòng)電流。閃光燈組(LED5一LED8)可獨(dú)立控制，每只可獲得100 mA的驅(qū)動(dòng)電流(共400 mA)。借助于MAX1576的自動(dòng)倍壓模式和低壓差電流調(diào)節(jié)器，能夠在1節(jié)Li+電池的整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)提供高轉(zhuǎn)換效率，圖5是它的典型應(yīng)用電路。利用兩個(gè)外接電阻分別設(shè)置二組LED的最大電流。4個(gè)控制引腳用于控制LED的亮度。ENM1和ENM2可將主LED組電流設(shè)成最大電流的10%、30%或100%。ENF1和ENF2可將閃光燈組電流設(shè)置成最大電流的20%、40%或100%%。

圖5. MAX1576 用于背光及閃光燈驅(qū)動(dòng)的典型應(yīng)用電路 結(jié)論︰ 由上述討論可知，氙燈和白光LED用于照相手機(jī)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(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜，須產(chǎn)生千伏電壓觸發(fā)和300 V的閃光燈驅(qū)動(dòng)，具體實(shí)施具有較高的復(fù)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(diǎn)輸出特性，需要多個(gè)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(jià)格對(duì)于商用照相手機(jī)來說略高一些。