手机数码相机的低压闪光灯设计

作者Email:   alec@keikong.com

摘要：本文介绍了手机数码相机用低压闪光灯电路设计、主要器件选用要求。

关键词：低压闪光灯  Flash LED  电荷泵 

    手机的周边设计是增加手机附加功能、增加手机的卖点、增加手机的新的利润主要方法。每年推出的数百种新款手机，无非是增加或改变了手机的外观形状和颜色、键盘灯和显示屏的颜色和亮度、声音重现的方式和质量、铃声和弦的变化、附加拍照功能或能上网、接收电视和电台、MP3播放等等。手机增加数码相机功能几乎成了手机新设计方案的必然趋势，目前市场上的手机数码相机大多是选用30万像素VGA格式的CMOS镜头，100万至200万像素的CMOS镜头选用已经成为当前手机设计的主流。为了给手机数码相机拍照时补光，闪光灯也就成了手机的必需品。

    闪光灯是拍照的辅助工具，它是摄影光源的一种，当拍照时，周围环境的自然光源（日光）或人工光源（灯光等）不足的时候，闪光灯就成了弥补这一不足的机动光源。各种相机内置或外加的万次闪光灯，最通用的都是通过振荡电路和变压器升压，经大电容器储存能量，在需要的瞬间释放并感应出高压，激发惰性气体发出脉冲光源，从而获得极强的瞬时功率。

    以高亮度LED为闪光灯源的低压闪光灯的出现，给传统的闪光灯带来一个革命性的变化。低压闪光灯不需要振荡电路、不需要升压变压器和储能大电容器，Flash LED只需要3.5—4.5V的直流电压、120-250mA的电流就可使其发出2000mcd—7500mcd的高亮度光线，照亮需要辅助光的被摄主体。LED低压闪光灯电路简单、高效、省电、低成本、占PCB面积特小，特别适用于手机、数码相机和手持设备，因此将赢得整个手持影像产品市场的青睐。

    Flash LED的选用

    LED闪光灯的选用第一要点就是高亮度和能通过大电流， LED发光的亮度与通过电流成正比。用在手机键盘的LED，其使用电流大约是7-12mA，其亮度大约是20-40mcd；用在STN-LCD屏背光的LED ，其使用电流大约是14-20mA，其亮度大约是100-1000mcd；而用作闪光灯的LED，其使用电流大约是120-250mA，其亮度大约是2000-7500mcd；由此可见，手机上不同用途的LED，其性能也是完全不同的。

    闪光灯用Flash LED选用的主要技术参数是：

    1） 亮度（Iv），目前产品能达到最高亮度大约是7500mcd ；
    2） 脉冲峰值电流（IFP），一般要求100-400 mA ；
    3） 封装，当然是越小越好，一般是5.2X5.2X2.5mm。

    随着LED技术的突飞猛进，用作闪光灯的Flash LED 技术参数提高很快，早期的Flash LED为了提高其亮度是在一个芯片封装中放入5颗管芯，随着单颗管芯亮度的不断提高，分别出现4颗、3颗，乃至2颗管芯。Flash LED的外形图如图1。

    实现白光的LED是基于氮化镓(GaN)蓝光LED技术，LED闪光灯目前都是一颗LED闪光灯安装几个蓝色LED管芯加上黄磷滤色镜的结构原理来发出白光的，这也是最经济实用的方案；用一颗RGB（红绿蓝）三色管芯LED也是可以合成白光，但一颗RGB LED比一颗LED闪光灯价格贵，红绿蓝三色要分别调控亮度才能合成白光，使用成本较高，只有在需要调节闪光色温和多彩的高级方案中才选用。

    LED闪光灯内几颗LED管芯并联使用，所以需要较大的工作电流。电路图符号如图2。
    LED闪光灯都带反光罩和透镜如图3，因此在几米的距离内能提供均衡的光线。

    Flash LED的主要技术参数是亮度（IV）、视角(θ)、前向电压（VF）、前向电流（IF）、功耗（Pd）、峰值电流(IFP)、管芯数量和外形尺寸。表1是常用Flash LED性能表。

    Flash LED的亮度（IV）与通过的峰值电流(IFP)成正比，IV 与 IFP 关系见图4。

表1   常用Flash LED性能表

    Flash LED驱动电路设计

    手机数码相机的低压闪光灯电路设计本着高效、低成本、占地面积小的原则来选择Flash LED的驱动IC。要求这颗驱动IC能在低电压下输出150-300mA电流，周边使用的器件要少，这样可以有效的减少PCB板的面积。要将手机锂电池不稳定的低电压转换成4-5V稳定的和能输出150-300mA电流的Flash LED驱动工作源，就目前的IC来说，有二种原理的IC可以考虑，一种是借助于电感器的升压电路（图5），一种借助于电容器升压的电荷泵电路（图6）。它们的实验PCB板图如图7,左面是借助于电容器升压的电荷泵电路实验PCB板,右面是借助于电感器的升压电路实验PCB板，为了演示方便，实验PCB板用按钮替代触发IC。选用电容器升压的电荷泵电路比较经济实惠，PCB板上除了电荷泵和Flash LED二颗IC外，只需要三个电容器、二个电阻器和一个0.5A电流的MOSFET，占用PCB板面积较小；选用电感器的升压电路，除了升压和Flash LED二颗IC外，还需要一个电感器、一个肖特基二极管和数个电容器、电阻器。从手机的特殊应用来思考，手机的LCD显示屏和照相机镜头、闪光灯都位于手机的上方，与手机的射频电路靠得很近，因此如何防止幅射和串扰更显十分重要。

图6   借助于电容器升压的电荷泵

    结论

    手机数码相机用低压闪光灯电路设计关键是选好高亮度的Flash LED和能节省能源以及生产成本的驱动IC，综上所述，SLMW250 Flash LED 和电荷泵IC升压电路是比较理想的选择。