手機相機LED閃光燈驅動控制正向電流的設計方案

每年市場上都要新增幾百款手機，這些手機的基本功能都一樣，那就是通信。手機的周邊設計是增加手機附加功能、增加手機賣點以及新利潤點的主要途徑。

不同手機的區(qū)別主要住于外圍功能，譬如外觀、屏幕顏色亮度、多媒體功能、藍牙、照相機功能等。手機集成照相機功能是現(xiàn)在手機設計的必然趨勢，手機相機的像素也越來越高。為獲得更好的圖像效果，手機相機的閃光燈功能也變得越來越重要。

目前的手機相機主要采用 LED閃光燈。閃燈用的LED只需要3.5～4.5V直流電壓、120～250mA電流就可以發(fā)出2000～7500mcd的高亮度光。LED低壓閃光燈電路簡單、高效、省電，而且成本低、PCB面積小，特別適用于手機、數(shù)碼相機和手持設備，很受手持影像產(chǎn)品市場的青睞。

LED閃光燈驅動控制正向電流方案

根據(jù)驅動電路的輸出特性，LED閃光燈的驅動電路可分為恒壓型和恒流型；按電路工作原理，可以分為升壓電路和電荷泵電路。

LED是電流驅動型器件 ，其亮度與電流成比例關系。在恒壓型驅動電路中，往往有一個電阻與LED串聯(lián)，用來確定產(chǎn)生預期正向電流所需向LED提供的電壓。這種方式有一個缺點，即LED正向電壓的任何變化都會導致LED電流的變化，從而無法保證流過LED的電流等于預設值，也就無法確保LED的亮度恒定。

在恒流型驅動電路中，通過檢測串聯(lián)在LED上電阻的電壓來保證流過LED的電流恒定。這種方式可以消除正向電壓變化所導致的電流變化，因此可產(chǎn)生固定的LED亮度。

由于手機電池電壓的工作范圍一般為3.6V～4.2V，而LED的正向電壓一般為3V～4V，所以存低電壓輸入、高電壓輸出的時候，必須采用升壓電路將電壓升高以驅動LED。閃光燈驅動一般采用兩種方式升壓，一種是采用電感作儲能元件的升壓電路，另一種是采用電容作儲能元件的電荷泵。

升壓電路采用電感作為儲能元件，其優(yōu)點是效率相對較高。圖l給出了升壓電路的原理圖。

現(xiàn)在市場的LED閃光燈驅動控制器都集成了控制電路和升壓開關管，但是電感和用于續(xù)流的肖特基二極管還是外接的，這增加了電路的復雜性、成本和PCB面積。此外，由于閃光燈驅功電路、LED、顯示屏、手機天線一般位于手機上端，與手機的射頻電路靠得很近，所以有效防止驅動電路電感的EMI干擾也是很重要的問題。

電荷泵采用電容作儲能元件，電荷泵不需要外接電感，因此不存在電磁干擾的問題。此外，整個解決方案所占PCB的面積也較小，但相對來說效率較低。由于閃光燈工作時間非常短，持續(xù)時間一般為100～300ms，所以效率對電池使用時間的影響不是太大。

LED閃光燈驅動電路設計

Sipex公司的基于電荷泵工作模式的閃光燈驅動芯片，SP6686、SP6685和SP7685支持的閃光燈電流分別為400mA、700mA和1.2A。由于它們的開關頻率高達2.4MHz，所以輸入輸出電容和電荷泵電容的容值都可以選擇比業(yè)內(nèi)其產(chǎn)品低。這三款產(chǎn)品都腳對腳兼容，僅僅是電流的最大值不同。下面以SP6685為例討論這些產(chǎn)品的特性和應用，圖2是SP6685的應用電路圖。

Sipex閃光燈驅動器系列產(chǎn)品的外圍電路非常簡單，僅僅需要三個電容兩個電阻，其中Rsense和RSET來設置閃光模式和常亮模式的LED電流。

1.SP6685的常亮模式：

SP6685為恒流型驅動芯片，在常亮模式下FB管腳的電壓50Mv（典型值），這樣LED上的電流為：

ILED=50mV/Rsense

需要指出的是，由于FB的電壓為50mA，所以即使通過滿載200mA電流，Rsense消耗的功率為：

Rsense=50mV×200mA=0.01W

由此可見，僅用0603封裝的SMD電阻就可以滿足要求。但在恒壓輸出工作模式的驅動電路中，限流電阻必須選擇較大的封裝。LED的正向電壓一般為3V∽4V，當輸出電壓為5V時，加在限流電阻上的電壓為1V∽2V，假設閃光燈電流200mA，則限流電阻的功耗為：

PR=U×I=（1V∽2V）×0.2A=0.2W∽0.4W

這時必須采用4個1206封裝的貼片電阻。相比采用一個0603電阻的SP6685，其PCB面積大大增加。

與恒壓輸出的電荷泵相比，SP6685具有效率方面的優(yōu)勢。電荷泵的效率η取決于輸入電壓Vin LED的正向電壓Vf和升壓倍數(shù)K（1X，1.5X，2X），其方程式為：

η=Vf / （Vin×k）

由于手機電池的工作范圍3.6V∽4.2V，當輸出電壓為5V時，電荷泵必須工作在升壓模式下，即K必須為或者2。而實際上，當輸入電壓高于LED正向電壓Vf一定幅值時，電荷泵可以工作在1X模式下，這時的功率將大大超過1.5X和2X模式下的效率。

2.SP6685的閃光模式：

SP6685的閃光模式下的FB電壓由RSET決定，計算公式如下：

VFB=（1.26V×RSET）×11.2kΩ

其中，1.26V是芯片內(nèi)部參考電壓，使內(nèi)部限流電阻。這樣，LED上的電流為：

ILED=VFB/Rsense

由于LED的電流不通過RSET，所以幾乎不消耗功率，可以選擇0603或者0402封裝的電阻。在整個閃光燈驅動電路方案中，僅需要兩個封裝的電阻和三個0805封裝的電阻，所需的PCB面積為5.4×3mm，具有業(yè)內(nèi)最小體積。

綜合所述，Sipex公司的閃光燈驅動系列產(chǎn)品具有很多優(yōu)勢，包括：采用電流控制模式，可以精確控制LED上的電流和亮度；外圍器件最少，所需封裝最??；開關頻率最高，可以選擇較小容值的濾波電容和電荷泵電容；

不需要電感，不會產(chǎn)生EMI干擾問題；可以工作在1X模式下并且反饋電壓低至50mV，所以SP7685/6685/6686的效率在采用電荷泵模式的芯片中為最高；SP7685內(nèi)置Timeout功能，在閃光模式下2.5秒后自動關機，從而保護LED，以免LED過熱；提供業(yè)內(nèi)最大驅動電流（達1.2A），并有700mA、400mA不同等級的驅動芯片供選擇。
來源；電子工程網(wǎng)