照相手机闪光灯驱动方案

概述 随着摄像传感器和光学部件的改进, 照相手机在手机市场占有越来越大的比例。为了得到高质量的相片,选择适当的闪光灯非常重要。

闪光灯类型 现有的闪光灯主要有两种：发光二极管(LED)和氙灯。以下是它们用作闪光灯的简单操作和性能。

(I) 氙灯的工作原理: 氙灯是充满氙气的柱状灯管,其阳极、阴极直接接触气体。触发电极分布在灯管外表面,通过玻璃外层传送一个较高的电压脉冲来将灯管内惰性气体离子化,使其阻抗降至1 欧姆以下,并容许产生高亮度光源的电流在阴极和阳极之间流动。随着电流脉冲衰减,灯管电压下降,最终再次恢复到高阻状态,等待另一次触发。图1为氙灯的简单框图。

>图1. 氙灯的简单框图 (II) LED的工作原理: LED类似于小型灯泡,与白炽灯不同的是,它们没有灯丝且温度不会很高。LED利用电子在半导体内部的移动产生光源。导致LED发光的是加入硅中的参杂物质,如镓、砷化物、铟和氮化物等,电流通过LED时会发出光子。新开发的LED,亮度足以与传统的照明技术竞争,因此在大部分应用中,现代的LED已经能够取代白炽灯。

氙灯和LED的驱动电路︰ (I): 氙灯︰ 图2为变压器变压器耦合的反激式转换器,当EN引脚为高电平时,功率开关导通,允许变压器产生高的电压脉冲,经过整流滤波产生300 V直流输出。适用于2节碱性电池/NiMH电池或单节Li+电池供电的数码相机和照相电话。当闪光灯电容充满电时,漏极开路输出/DONE会产生指示信号。MAX8622每11秒自动启动一次输出充电,能够以最小电池电流保持电容器的电荷量。利用外部电阻分压器监控输出电压可以提供较高的充电精度。直接检测变压器二次侧,除了防止输出电容通过反馈电阻放电外,还可以直接检测输出电压,以获得最好的电压精度,并使其不依赖于变压器的匝数比。MAX8622具有以下主要特性： (1): 能够对任何大小的闪光灯电容充电,只需2.8 秒即可把100uF 电容充到300V。 (2): 没有浪涌电流。 (3): 可编程输入电流限制至1.6A。 (4): 自动“重闪”(Reflash)模式。 (5): 输入电压监控可延长电池使用时间。 (6): 此架构允许使用低成本变压器。 (7): 充电完成指示。图3为MAX8622的充电时间与输入电压对应关系曲线。

>图2.由电阻设定初级电流限制的MAX8622典型应用电路

>图3. MAX8622充电时间与输入电压

(II)LED︰ LED 用作照相手机闪光灯时有两种不同的连接方式---并联和串联。串联方式中所有LED流过相同的电流,可得到均匀的亮度和键盘背光,适用于较大尺寸的TFT 面板。但是,该方案在照相手机闪光灯应用中需要一个大尺寸储能电容,容量与所需闪光灯电流、升压转换器的最大输出电流、串联LED的数量以及闪光时间有关。选用LED并联方式时,我们能得到更高亮度（虽然每个LED亮度略有不同）。它只需要一个小的电容器作为滤波,Maxim针对两种方式提供了不同的解决方案。 (1): MAX1583：能够以大电流驱动5 个串联白光LED,适用于移动电话、PDA和其它手持终端。图4是为串联LED提供驱动的典型应用电路,两个逻辑输入EN1/EN用于选择4种操作模式︰ 关断模式(0.5uA 最大)、放映模式(电流达100 mA)、预充模式（在LED 熄灭时将储能电容充电至24V）和闪光灯模式（电流达300mA）。MAX1583有3种不同的输入电流限制版本(1A︰MAX1583X; 0. 5A︰MAX1583Y 和0.25A︰MAX1583Z),便于用户针对具体应用选择适当的储能电容。

>图4. 照相手机闪光灯驱动典型应用电路MAX1583能够调节流经LED的电流,以获得适当的控制亮度。在放映模式下(EN1置为高电平, EN2 置为低电平),升压转换器根据电压需要进行开、关操作,以确保VLED稳在0.6V,流经LED 的电流稳定在MOV 引脚外接电阻的设定值( 60/RMOV)。在闪光灯模式下(EN1、EN 2均为高电平),除非达到过压保护,此升压转换器会连续切换以提供足够电流给LED,此电流被稳定在STB引脚外接电阻的设定值(600/RSTB)。 MAX1583的预充模式(EN1置低、EN2置高)将输出电容充电至24V,可迅速切换到闪光灯模式。当Vout达到24V时,POK变为高阻, MAX1583 将停止开关操作,直到Vout 低于23.5 V,LED 在此模式下熄灭(高阻)。输出储能电容可由下式计算：Cres =(ILED-Iboost)* Tstrobe /(24V - n * VF),ILED和Tstrobe为所需闪光灯电流和持续时间;Iboost为升压转换器所能提供的最大输出电流;n为LED的数目、VF为每个LED的正向导通压降。 (2): 对于在LED 并联方式,用户可能使用多个白光LED 并联或选用Luxeon LED,提供比一般白光LED更高的亮度给照相手机闪光灯。MAX1574/MAX1576/MAX1577电荷泵可用于并联LED的驱动,例如, MAX1576可以调节电流,驱动8个白光LED。主LED组(LED1-LED4)可以获得每只30 mA的驱动电流。闪光灯组(LED5一LED8)可独立控制,每只可获得100 mA的驱动电流(共400 mA)。借助于MAX1576的自动倍压模式和低压差电流调节器,能够在1节Li+电池的整个工作电压范围内提供高转换效率,图5是它的典型应用电路。利用两个外接电阻分别设置二组LED的最大电流。4个控制引脚用于控制LED的亮度。ENM1和ENM2可将主LED组电流设成最大电流的10%、30%或 100%。ENF1和ENF2可将闪光灯组电流设置成最大电流的20%、40%或100%%。

>图5. MAX1576 用于背光及闪光灯驱动的典型应用电路 结论︰ 由上述讨论可知,氙灯和白光LED用于照相手机闪光灯的主要差别是：氙灯可提供比白光LED更高的亮度,其线源输出更容易获得均匀的亮度,但驱动电路较复杂,须产生千伏电压触发和300 V的闪光灯驱动,具体实施具有较高的复杂度,而且需要考虑安全规范问题。一般白光LED的闪光亮度受限于它的点输出特性,需要多个LED并联或串联来增加有效亮度, 也可以使用高亮度的LUXEON LED,但目前它的价格对于商用照相手机来说略高一些。