手機數碼相機的低壓閃光燈設計

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摘要：本文介紹了手機數碼相機用低壓閃光燈電路設計、主要器件選用要求。

關鍵詞：低壓閃光燈  Flash LED  電荷泵 

    手機的周邊設計是增加手機附加功能、增加手機的賣點、增加手機的新的利潤主要方法。每年推出的數百種新款手機，無非是增加或改變了手機的外觀形狀和顏色、鍵盤燈和顯示屏的顏色和亮度、聲音重現的方式和質量、鈴聲和弦的變化、附加拍照功能或能上網、接收電視和電臺、MP3播放等等。手機增加數碼相機功能幾乎成了手機新設計方案的必然趨勢，目前市場上的手機數碼相機大多是選用30萬像素VGA格式的CMOS鏡頭，100萬至200萬像素的CMOS鏡頭選用已經成為當前手機設計的主流。為了給手機數碼相機拍照時補光，閃光燈也就成了手機的必需品。

    閃光燈是拍照的輔助工具，它是攝影光源的一種，當拍照時，周圍環(huán)境的自然光源（日光）或人工光源（燈光等）不足的時候，閃光燈就成了彌補這一不足的機動光源。各種相機內置或外加的萬次閃光燈，最通用的都是通過振蕩電路和變壓器升壓，經大電容器儲存能量，在需要的瞬間釋放并感應出高壓，激發(fā)惰性氣體發(fā)出脈沖光源，從而獲得極強的瞬時功率。

    以高亮度LED為閃光燈源的低壓閃光燈的出現，給傳統的閃光燈帶來一個革命性的變化。低壓閃光燈不需要振蕩電路、不需要升壓變壓器和儲能大電容器，Flash LED只需要3.5—4.5V的直流電壓、120-250mA的電流就可使其發(fā)出2000mcd—7500mcd的高亮度光線，照亮需要輔助光的被攝主體。LED低壓閃光燈電路簡單、高效、省電、低成本、占PCB面積特小，特別適用于手機、數碼相機和手持設備，因此將贏得整個手持影像產品市場的青睞。

    Flash LED的選用

    LED閃光燈的選用第一要點就是高亮度和能通過大電流， LED發(fā)光的亮度與通過電流成正比。用在手機鍵盤的LED，其使用電流大約是7-12mA，其亮度大約是20-40mcd；用在STN-LCD屏背光的LED ，其使用電流大約是14-20mA，其亮度大約是100-1000mcd；而用作閃光燈的LED，其使用電流大約是120-250mA，其亮度大約是2000-7500mcd；由此可見，手機上不同用途的LED，其性能也是完全不同的。

    閃光燈用Flash LED選用的主要技術參數是：

    1） 亮度（Iv），目前產品能達到最高亮度大約是7500mcd ；
    2） 脈沖峰值電流（IFP），一般要求100-400 mA ；
    3） 封裝，當然是越小越好，一般是5.2X5.2X2.5mm。

    隨著LED技術的突飛猛進，用作閃光燈的Flash LED 技術參數提高很快，早期的Flash LED為了提高其亮度是在一個芯片封裝中放入5顆管芯，隨著單顆管芯亮度的不斷提高，分別出現4顆、3顆，乃至2顆管芯。Flash LED的外形圖如圖1。

    實現白光的LED是基于氮化鎵(GaN)藍光LED技術，LED閃光燈目前都是一顆LED閃光燈安裝幾個藍色LED管芯加上黃磷濾色鏡的結構原理來發(fā)出白光的，這也是最經濟實用的方案；用一顆RGB（紅綠藍）三色管芯LED也是可以合成白光，但一顆RGB LED比一顆LED閃光燈價格貴，紅綠藍三色要分別調控亮度才能合成白光，使用成本較高，只有在需要調節(jié)閃光色溫和多彩的高級方案中才選用。

    LED閃光燈內幾顆LED管芯并聯使用，所以需要較大的工作電流。電路圖符號如圖2。
    LED閃光燈都帶反光罩和透鏡如圖3，因此在幾米的距離內能提供均衡的光線。

    Flash LED的主要技術參數是亮度（IV）、視角(θ)、前向電壓（VF）、前向電流（IF）、功耗（Pd）、峰值電流(IFP)、管芯數量和外形尺寸。表1是常用Flash LED性能表。

    Flash LED的亮度（IV）與通過的峰值電流(IFP)成正比，IV 與 IFP 關系見圖4。

表1   常用Flash LED性能表

    Flash LED驅動電路設計

    手機數碼相機的低壓閃光燈電路設計本著高效、低成本、占地面積小的原則來選擇Flash LED的驅動IC。要求這顆驅動IC能在低電壓下輸出150-300mA電流，周邊使用的器件要少，這樣可以有效的減少PCB板的面積。要將手機鋰電池不穩(wěn)定的低電壓轉換成4-5V穩(wěn)定的和能輸出150-300mA電流的Flash LED驅動工作源，就目前的IC來說，有二種原理的IC可以考慮，一種是借助于電感器的升壓電路（圖5），一種借助于電容器升壓的電荷泵電路（圖6）。它們的實驗PCB板圖如圖7,左面是借助于電容器升壓的電荷泵電路實驗PCB板,右面是借助于電感器的升壓電路實驗PCB板，為了演示方便，實驗PCB板用按鈕替代觸發(fā)IC。選用電容器升壓的電荷泵電路比較經濟實惠，PCB板上除了電荷泵和Flash LED二顆IC外，只需要三個電容器、二個電阻器和一個0.5A電流的MOSFET，占用PCB板面積較?。贿x用電感器的升壓電路，除了升壓和Flash LED二顆IC外，還需要一個電感器、一個肖特基二極管和數個電容器、電阻器。從手機的特殊應用來思考，手機的LCD顯示屏和照相機鏡頭、閃光燈都位于手機的上方，與手機的射頻電路靠得很近，因此如何防止幅射和串擾更顯十分重要。

圖6   借助于電容器升壓的電荷泵

    結論

    手機數碼相機用低壓閃光燈電路設計關鍵是選好高亮度的Flash LED和能節(jié)省能源以及生產成本的驅動IC，綜上所述，SLMW250 Flash LED 和電荷泵IC升壓電路是比較理想的選擇。