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        手機相機的LED閃光燈驅動電路

        發布日期: 泛科科技

          每年市場上都要新增幾百款手機,這些手機的基本功能都一樣,那就是通信。手機的周邊設計是增加手機附加功能、增加手機賣點以及新利潤點的主要途徑。不同手機的區別主要住于外圍功能,譬如外觀、屏幕顏色亮度、多媒體功能、藍牙、照相機功能等。手機集成(jí chéng)照相機功能是現在手機設計的必然趨勢(trend),手機相機的像素也越來越高。為獲得更好的像效果(effect),手機相機的閃光燈功能也變得越來越重要。

          目前的手機相機主要采用 LED閃光燈。led臺燈就是以LED即發光二極管為光源的臺燈,LED是一種固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。其使用的LED照明技術是第三代照明技術。LED臺燈使用產生的藍光會對眼睛造成傷害,但也有一系列優點。閃燈用的LED只需要3.5~4.5V直流電(Direct Current)壓、120~250mA電流就可以發出2000~7500mcd的高亮度光。LED低壓閃光燈電路(Electric circuit)簡單、高效、省電,而且成本低、PCB面積小,特別適用于手機、數碼相機和手持設備,很受手持影像產品(Product)市場的青睞。

          LED閃光燈驅動控制正向電流方案

          根據驅動(Driver)電路(DC)的輸(shū)出特性,LED閃光燈的驅動電路可分為恒壓型和恒流型;按電路工作(WORK)原理,可以分為升壓電路和電荷泵電路。

          LED是電流(Electron flow)驅動型器件 ,其亮度與電流成比例關系。在恒壓型驅動電路中,往往有一個電阻與LED串聯,用來確定產生預期正向電流所需向LED提供的電壓。這種方式有一個缺點,即LED正向電壓的任何變化都會導致LED電流的變化,從而無法保證流過LED的電流等于預設值,也就無法確保LED的亮度恒定。

          在恒流型驅動電路中,通過檢測串聯在LED上電阻的電壓來保證流過LED的電流恒定。這種方式可以消除正向電壓變化所導致的電流變化,因此可產生固定的LED亮度。

          由于手機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、高電壓輸出的時候,必須采用升壓電路將電壓升高以驅動LED。閃光燈驅動一般采用兩種方式升壓,一種是采用電感作儲能元件的升壓電路,另一種是采用電容作儲能元件的電荷(electric charge)泵。

          升壓電路采用電感作為儲能元件,其優點是效率相對較高。l給出了升壓電路的原理(基本的規律)。

          現在市場的LED閃光燈驅動控制器都集成了控制電路和升壓開關管,但是電感和用于續流的肖特基晶體二極管還是外接的,這增加了電路的復雜性、成本和PCB面積。此外,由于閃光燈驅功電路、LE

          D、顯示屏、手機天線一般位于手機上端,與手機的射頻電路靠得很近,所以有效防止驅動電路電感的EMI干擾也是很重要的問題。

          電荷泵采用電容作儲能元件,電荷泵不需要外接電感,因此不存在電磁干擾的問題。led臺燈又稱固態照明,作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術,具有節能、環保、安全可靠的特點,固態光源是被業界看好的未來十年替換傳統照明器具極具潛力的新型光源,代表照明技術的未來。發展新固態照明,不僅是照明領域的革命,而且符合當前政府提出的“建設資源節約型和環境友好型社會”的要求。此外,整個解決方案所占PCB的面積也較小,但相對來說效率較低。由于閃光燈工作時間非常短,持續時間一般為100~300ms,所以效率對電池(Battery)使用時間的影響不是太大。

          LED閃光燈驅動電路設計

          公司的基于電荷泵工作模式的閃光燈驅動芯片,SP6686、SP6685和SP7685支持的閃光燈電流分別為400m

          A、700mA和1.2A。由于它們的開關(kāi guān)頻率高達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內其產品低。這三款產品都腳對腳兼容,僅僅是電流的最大值不同。下面以SP6685為例討論這些產品的特性(characteristic)和應用,2是SP6685的應用電路。

          閃光燈驅動器系列產品的外圍電路非常簡單,僅僅需要三個電容兩個電阻,其中Rsense和RSET來設置閃光模式(pattern)和常亮模式的LED電流。

          1.SP6685的常亮模式:

          SP6685為恒流型驅動芯片(又稱微電路),在常亮模式(pattern)下FB管腳的電壓50Mv,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,所以即使通過滿載200mA電流,Rsense消耗的功率(指物體在單位時間內所做的功的多少)為:

          Rsense=50mV×200mA=0.01W

          由此可見,僅用0603封裝的SMD電阻就可以滿足要求。led燈珠使用低壓電源,供電電壓在2-4V之間,根據產品不同而異,所以它是一個比使用高壓電源;更安全的電源,特別適用于公共場所;亮度隨電流的增大而變亮,小功率LED燈珠工作電流為0-60mA,大功率LED工作電流在150mA以上。但在恒壓輸出工作模式的驅動電路中,限流電阻必須選擇較大的封裝。LED的正向電壓一般為3V∽4V,當輸出電壓為5V時,加在限流電阻上的電壓為1V∽2V,假設閃光燈電流200mA,則限流電阻的功耗為:

          PR=U×I=×0.2A=0.2W∽0.4W

          這時必須采用4個1206封裝的貼片電阻。相比采用一個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具有效率方面的優勢。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K,其方程式為:

          η=Vf /

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

          2.SP6685的閃光模式:

          SP6685的閃光模式下的FB電壓(voltage)由RSET決定,計算公式如下:

          VFB=×11.2kΩ

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

          ILED=VFB/Rsense

          由于LED的電流(Electron flow)不通過RSET,所以幾乎不消耗功率,可以選擇(xuanze)0603或者0402封裝的電阻。在整個閃光燈驅動電路方案中,僅需要兩個封裝的電阻和三個0805封裝的電阻,所需的PCB面積為5.4×3mm,具有業內最小體積。

          綜合所述,公司的閃光燈驅動系列產品具有很多優勢,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??;開關(kāi 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,不會產生EMI干擾問題;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(efficiency)在采用電荷泵模式的芯片中為最高;SP7685內置Timeout功能,在閃光模式下2.5秒后自動關機,從而保護LED,以免LED過熱;提供業內最大驅動(Driver)電流,并有700m

          A、400mA不同等級(class)的驅動(Driver)芯片供選擇。

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