相机低压闪光灯驱动电路及器件选择指南

集成数码相机功能已经是手机产品发展的主流,而采用Flash LED作为闪光灯是提高数码相机性能的重要措施,适当选择合适的LED器件及设计驱动电路对增加闪光灯性能、降低低功耗和降低成本十分重要。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。

手机的周边设计是增加手机附加功能、增加手机的卖点和利润的主要方法。每年推出的数百种新款手机,无非是增加或改变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。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??A格式的CMOS??S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配置。

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面积小,特别适用于手机、数码相机等手持设备,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,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:亮度(Iv),目前产品能达到最高亮度大约是7500mcd；脉冲峰值电流(IFP),一般要求100-400mA ；封装,当然是越小越好,一般是5.2×5.2×2.5mm。

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。

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。LED闪光灯都带反光罩和透镜,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。

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稳定电压,且能输出150-300mA电流的Flash LED驱动工作源,就目前的IC来说,有两种工作原理不同的IC可以考虑,一种是借助于电感器的升压电路(图1),一种借助于电容器升压的电荷泵电路(图2)。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两颗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考虑,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。

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。

作者:颜重光

高级工程师

Email: alec@keikong.com

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