手机相机的LED闪光灯驱动电路

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  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(jí chéng)照相机功能是现在手机设计的必然趋势(trend),手机相机的像素也越来越高。为获得更好的像效果(effect),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。led台灯就是以LED即发光二极管为光源的台灯,LED是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。其使用的LED照明技术是第三代照明技术。LED台灯使用产生的蓝光会对眼睛造成伤害,但也有一系列优点。闪灯用的LED只需要3.5~4.5V直流电(Direct Current)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(Electric circuit)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(Product)市场的青睐。

  LED闪光灯驱动控制正向电流方案

  根据驱动(Driver)电路(DC)的输(shū)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(WORK)原理,可以分为升压电路和电荷泵电路。

  LED是电流(Electron flow)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(electric charge)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。l给出了升压电路的原理(基本的规律)。

  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晶体二极管还是外接的,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、LE

  D、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。led台灯又称固态照明,作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术,具有节能、环保、安全可靠的特点,固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源,代表照明技术的未来。发展新固态照明,不仅是照明领域的革命,而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。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(Battery)使用时间的影响不是太大。

  LED闪光灯驱动电路设计

  企业的基于电荷泵工作模式的闪光灯驱动芯片,SP6686、SP6685和SP7685支撑的闪光灯电流分别为400m

  A、700mA和1.2A。由于它们的开关(kāi guān)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(characteristic)和应用,2是SP6685的应用电路。

  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(pattern)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(又称微电路),在常亮模式(pattern)下FB管脚的电压50Mv,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(指物体在单位时间内所做的功的多少)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。led灯珠使用低压电源,供电电压在2-4V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源;更安全的电源,特别适用于公共场所;亮度随电流的增大而变亮,小功率LED灯珠工作电流为0-60mA,大功率LED工作电流在150mA以上。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=×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,其方程式为:

  η=Vf /

  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(efficiency)。

  2.SP6685的闪光模式:

  SP6685的闪光模式下的FB电压(voltage)由RSET决定,计算公式如下:

  VFB=×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(Electron flow)不通过RSET,所以几乎不消耗功率,可以选择(xuanze)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,企业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(kāi guān)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(efficiency)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(Driver)电流,并有700m

  A、400mA不同等级(class)的驱动(Driver)芯片供选择。

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