手機(jī)數(shù)碼相機(jī)的低壓閃光燈設(shè)計(jì)

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摘要：本文介紹了手機(jī)數(shù)碼相機(jī)用低壓閃光燈電路設(shè)計(jì)、主要器件選用要求。

關(guān)鍵詞：低壓閃光燈  Flash LED  電荷泵 

    手機(jī)的周邊設(shè)計(jì)是增加手機(jī)附加功能、增加手機(jī)的賣點(diǎn)、增加手機(jī)的新的利潤(rùn)主要方法。每年推出的數(shù)百種新款手機(jī)，無(wú)非是增加或改變了手機(jī)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(xiàn)的方式和質(zhì)量、鈴聲和弦的變化、附加拍照功能或能上網(wǎng)、接收電視和電臺(tái)、MP3播放等等。手機(jī)增加數(shù)碼相機(jī)功能幾乎成了手機(jī)新設(shè)計(jì)方案的必然趨勢(shì)，目前市場(chǎng)上的手機(jī)數(shù)碼相機(jī)大多是選用30萬(wàn)像素VGA格式的CMOS鏡頭，100萬(wàn)至200萬(wàn)像素的CMOS鏡頭選用已經(jīng)成為當(dāng)前手機(jī)設(shè)計(jì)的主流。為了給手機(jī)數(shù)碼相機(jī)拍照時(shí)補(bǔ)光，閃光燈也就成了手機(jī)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(dāng)拍照時(shí)，周圍環(huán)境的自然光源（日光）或人工光源（燈光等）不足的時(shí)候，閃光燈就成了彌補(bǔ)這一不足的機(jī)動(dòng)光源。各種相機(jī)內(nèi)置或外加的萬(wàn)次閃光燈，最通用的都是通過(guò)振蕩電路和變壓器升壓，經(jīng)大電容器儲(chǔ)存能量，在需要的瞬間釋放并感應(yīng)出高壓，激發(fā)惰性氣體發(fā)出脈沖光源，從而獲得極強(qiáng)的瞬時(shí)功率。

    以高亮度LED為閃光燈源的低壓閃光燈的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的閃光燈帶來(lái)一個(gè)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(chǔ)能大電容器，F(xiàn)lash 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(jiǎn)單、高效、省電、低成本、占PCB面積特小，特別適用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和手持設(shè)備，因此將贏得整個(gè)手持影像產(chǎn)品市場(chǎng)的青睞。

    Flash LED的選用

    LED閃光燈的選用第一要點(diǎn)就是高亮度和能通過(guò)大電流， LED發(fā)光的亮度與通過(guò)電流成正比。用在手機(jī)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(jī)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(shù)參數(shù)是：

    1） 亮度（Iv），目前產(chǎn)品能達(dá)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(dāng)然是越小越好，一般是5.2X5.2X2.5mm。

    隨著LED技術(shù)的突飛猛進(jìn)，用作閃光燈的Flash LED 技術(shù)參數(shù)提高很快，早期的Flash LED為了提高其亮度是在一個(gè)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(xiàn)4顆、3顆，乃至2顆管芯。Flash LED的外形圖如圖1。

    實(shí)現(xiàn)白光的LED是基于氮化鎵(GaN)藍(lán)光LED技術(shù)，LED閃光燈目前都是一顆LED閃光燈安裝幾個(gè)藍(lán)色LED管芯加上黃磷濾色鏡的結(jié)構(gòu)原理來(lái)發(fā)出白光的，這也是最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案；用一顆RGB（紅綠藍(lán)）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(jià)格貴，紅綠藍(lán)三色要分別調(diào)控亮度才能合成白光，使用成本較高，只有在需要調(diào)節(jié)閃光色溫和多彩的高級(jí)方案中才選用。

    LED閃光燈內(nèi)幾顆LED管芯并聯(lián)使用，所以需要較大的工作電流。電路圖符號(hào)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(nèi)能提供均衡的光線。

    Flash LED的主要技術(shù)參數(shù)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(shù)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(guò)的峰值電流(IFP)成正比，IV 與 IFP 關(guān)系見圖4。

表1   常用Flash LED性能表

    Flash LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

    手機(jī)數(shù)碼相機(jī)的低壓閃光燈電路設(shè)計(jì)本著高效、低成本、占地面積小的原則來(lái)選擇Flash LED的驅(qū)動(dòng)IC。要求這顆驅(qū)動(dòng)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(jī)鋰電池不穩(wěn)定的低電壓轉(zhuǎn)換成4-5V穩(wěn)定的和能輸出150-300mA電流的Flash LED驅(qū)動(dòng)工作源，就目前的IC來(lái)說(shuō)，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(shí)驗(yàn)PCB板圖如圖7,左面是借助于電容器升壓的電荷泵電路實(shí)驗(yàn)PCB板,右面是借助于電感器的升壓電路實(shí)驗(yàn)PCB板，為了演示方便，實(shí)驗(yàn)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(jīng)濟(jì)實(shí)惠，PCB板上除了電荷泵和Flash LED二顆IC外，只需要三個(gè)電容器、二個(gè)電阻器和一個(gè)0.5A電流的MOSFET，占用PCB板面積較小；選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(gè)電感器、一個(gè)肖特基二極管和數(shù)個(gè)電容器、電阻器。從手機(jī)的特殊應(yīng)用來(lái)思考，手機(jī)的LCD顯示屏和照相機(jī)鏡頭、閃光燈都位于手機(jī)的上方，與手機(jī)的射頻電路靠得很近，因此如何防止幅射和串?dāng)_更顯十分重要。

圖6   借助于電容器升壓的電荷泵

    結(jié)論

    手機(jī)數(shù)碼相機(jī)用低壓閃光燈電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵是選好高亮度的Flash LED和能節(jié)省能源以及生產(chǎn)成本的驅(qū)動(dòng)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。