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手机相机的LED闪光灯驱动电路
[2011/9/23 14:16:00]   来源:中国之光网   编辑:zhaomingr   评论0
摘要:每年市场上都要新增几百款手机,这些手机的基本功能都一样,那就是通信。手机的周边设计是增加手机附加功能、增加手机卖点以及新利润点的主要途径。 不同手机的区别主要住于外围功能,譬如外观、屏幕颜色亮度、多媒体......
每年市场上都要新增几百款手机,这些手机的基本功能都一样,那就是通信。手机的周边设计是增加手机附加功能、增加手机卖点以及新利润点的主要途径。


  不同手机的区别主要住于外围功能,譬如外观、屏幕颜色亮度、多媒体功能、蓝牙、照相机功能等。手机集成照相机功能是现在手机设计的必然趋势,手机相机的像素也越来越高。为获得更好的图像效果,手机相机的闪光灯功能也变得越来越重要。


  目前的手机相机主要采用 LED闪光灯。闪灯用的LED只需要3.5~4.5V直流电压、120~250mA电流就可以发出2000~7500mcd的高亮度光。LED低压闪光灯电路简单、高效、省电,而且成本低、PCB面积小,特别适用于手机、数码相机和手持设备,很受手持影像产品市场的青睐。


  LED闪光灯驱动控制正向电流方案


  根据驱动电路的输出特性,LED闪光灯的驱动电路可分为恒压型和恒流型;按电路工作原理,可以分为升压电路和电荷泵电路。


  LED是电流驱动型器件 ,其亮度与电流成比例关系。在恒压型驱动电路中,往往有一个电阻与LED串联,用来确定产生预期正向电流所需向LED提供的电压。这种方式有一个缺点,即LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化,从而无法保证流过LED的电流等于预设值,也就无法确保LED的亮度恒定。


  在恒流型驱动电路中,通过检测串联在LED上电阻的电压来保证流过LED的电流恒定。这种方式可以消除正向电压变化所导致的电流变化,因此可产生固定的LED亮度。


  由于手机电池电压的工作范围一般为3.6V~4.2V,而LED的正向电压一般为3V~4V,所以存低电压输入、高电压输出的时候,必须采用升压电路将电压升高以驱动LED。闪光灯驱动一般采用两种方式升压,一种是采用电感作储能元件的升压电路,另一种是采用电容作储能元件的电荷泵。


  升压电路采用电感作为储能元件,其优点是效率相对较高。图l给出了升压电路的原理图。


  现在市场的LED闪光灯驱动控制器都集成了控制电路和升压开关管,但是电感和用于续流的肖特基二极管还是外接的,这增加了电路的复杂性、成本和PCB面积。此外,由于闪光灯驱功电路、LED、显示屏、手机天线一般位于手机上端,与手机的射频电路靠得很近,所以有效防止驱动电路电感的EMI干扰也是很重要的问题。


  电荷泵采用电容作储能元件,电荷泵不需要外接电感,因此不存在电磁干扰的问题。此外,整个解决方案所占PCB的面积也较小,但相对来说效率较低。由于闪光灯工作时间非常短,持续时间一般为100~300ms,所以效率对电池使用时间的影响不是太大。


  LED闪光灯驱动电路设计


  Sipex公司的基于电荷泵工作模式的闪光灯驱动芯片,SP6686、SP6685和SP7685支持的闪光灯电流分别为400mA、700mA和1.2A。由于它们的开关频率高达2.4MHz,所以输入输出电容和电荷泵电容的容值都可以选择比业内其产品低。这三款产品都脚对脚兼容,仅仅是电流的最大值不同。下面以SP6685为例讨论这些产品的特性和应用,图2是SP6685的应用电路图。


  Sipex闪光灯驱动器系列产品的外围电路非常简单,仅仅需要三个电容两个电阻,其中Rsense和RSET来设置闪光模式和常亮模式的LED电流。


  1.SP6685的常亮模式:


  SP6685为恒流型驱动芯片,在常亮模式下FB管脚的电压50Mv(典型值),这样LED上的电流为:


  ILED=50mV/Rsense


  需要指出的是,由于FB的电压为50mA,所以即使通过满载200mA电流,Rsense消耗的功率为:


  Rsense=50mV×200mA=0.01W


  由此可见,仅用0603封装的SMD电阻就可以满足要求。但在恒压输出工作模式的驱动电路中,限流电阻必须选择较大的封装。LED的正向电压一般为3V∽4V,当输出电压为5V时,加在限流电阻上的电压为1V∽2V,假设闪光灯电流200mA,则限流电阻的功耗为:


  PR=U×I=(1V∽2V)×0.2A=0.2W∽0.4W


  这时必须采用4个1206封装的贴片电阻。相比采用一个0603电阻的SP6685,其PCB面积大大增加。


  与恒压输出的电荷泵相比,SP6685具有效率方面的优势。电荷泵的效率η取决于输入电压Vin LED的正向电压Vf和升压倍数K(1X,1.5X,2X),其方程式为:


  η=Vf / (Vin×k)


  由于手机电池的工作范围3.6V∽4.2V,当输出电压为5V时,电荷泵必须工作在升压模式下,即K必须为或者2。而实际上,当输入电压高于LED正向电压Vf一定幅值时,电荷泵可以工作在1X模式下,这时的功率将大大超过1.5X和2X模式下的效率。


  2.SP6685的闪光模式:


  SP6685的闪光模式下的FB电压由RSET决定,计算公式如下:


  VFB=(1.26V×RSET)×11.2kΩ


  其中,1.26V是芯片内部参考电压,使内部限流电阻。这样,LED上的电流为:


  ILED=VFB/Rsense


  由于LED的电流不通过RSET,所以几乎不消耗功率,可以选择0603或者0402封装的电阻。在整个闪光灯驱动电路方案中,仅需要两个封装的电阻和三个0805封装的电阻,所需的PCB面积为5.4×3mm,具有业内最小体积。


  综合所述,Sipex公司的闪光灯驱动系列产品具有很多优势,包括:采用电流控制模式,可以精确控制LED上的电流和亮度;外围器件最少,所需封装最小;开关频率最高,可以选择较小容值的滤波电容和电荷泵电容;


  不需要电感,不会产生EMI干扰问题;可以工作在1X模式下并且反馈电压低至50mV,所以SP7685/6685/6686的效率在采用电荷泵模式的芯片中为最高;SP7685内置Timeout功能,在闪光模式下2.5秒后自动关机,从而保护LED,以免LED过热;提供业内最大驱动电流(达1.2A),并有700mA、400mA不同等级的驱动芯片供选择。

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