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手機相機的低壓閃光燈驅動電路設計及元件選擇指南

上網時間: 2004年11月01日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:低壓閃光燈  Flash LED  電荷泵  手機數位相機  30萬畫素 

整合數位相機功能已經是手機產品發展的主流,而採用Flash LED作為閃光燈是提高數位相機性能的重要措施,適當選擇合適的LED元件及設計驅動電路對增加閃光燈性能、降低低功耗和降低成本十分重要。本文介紹了手機數位相機低壓閃光燈電路設計、主要元件選用要求。圖1:借助於電感器的升壓電路。

手機的周邊設計是增加手機附加功能、增加手機的賣點和利潤的主要方法。每年推出的數百種新款手機,無非是增加或改變手機的外觀形狀和顏色、鍵盤燈和顯示螢幕的顏色和亮度、聲音重現的方式和品質、和弦鈴聲的變化,附加拍照功能或能上網、接收電視和電台、MP3播放等。手機增加數位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位相機大多是選用30萬畫素VGA格式的CMOS鏡頭,100萬至200萬畫素的CMOS鏡頭選用已經成為目前手機設計主流。為了給手機數位相機拍照時補光,閃光燈也就成了手機的必需配置。

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。各種相機內建或外加的萬次閃光燈,最通用的都是透過振盪電路和變壓器升壓,經大電容器儲存能量,在需要的瞬間釋放並感應高壓,激發惰性氣體發出脈衝光源,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盪電路、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的電流就可使其發出2,000mcd-7,500mcd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、佔PCB面積小,特別適用於手機、數位相機等手持設備,因此將贏得整個手持影像產品市場的青睞。

Flash LED的選用圖2:借助於電容器升壓的電荷泵。

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100-1,000mcd;而作為閃光燈的LED,其使用電流大約是120-250mA,亮度大約是2,000-7,500mcd。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:亮度(Iv),目前產品能達到最高亮度大約是7500mcd;脈衝峰值電流(IFP),一般要求100-400mA;封裝,當然是越小越好,一般是5.2×5.2×2.5mm。

隨著LED技術的突飛猛晉,作為閃光燈的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晶片封裝中放入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。

實現白光的LED是基於氮化鎵(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管芯並聯使用,所以需要較大的工作電流。LED閃光燈都帶反光罩和透鏡,因此在幾公尺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。

Flash LED驅動電路設計

手機數位相機的低壓閃光燈電路設計本著高效、低成本、佔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,周邊使用的元件要少,這樣可以有效的減少PCB板的面積。

要將手機鋰電池不穩定的低電壓轉換成4-5V穩定電壓,且能輸出150-300mA電流的Flash表1:常用Flash LED性能表。 LED驅動工作源,就目前的IC來說,有兩種工作原理不同的IC可以考慮,一種是借助於電感器的升壓電路(圖1),一種借助於電容器升壓的電荷泵電路(圖2)。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,佔用PCB板面積較小;選用電感器的升壓電路,除了升壓和Flash LED兩顆IC外,還需要一個電感器、一個蕭特基二極體和數個電容器、電阻器。從手機的特殊應用來考慮,手機的LCD顯示螢幕和照相機鏡頭、閃光燈都位於手機的上方,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。

手機數位相機用低壓閃光燈電路設計關鍵是選好高亮度的Flash LED和能節省能源以及成本的驅動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。

作者:顏重光


高級工程師


Email: alec@keikong.com


棋港電子有限公司




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