新型手机拍摄用闪光灯电源电

目前市场上流行的网易拍、家用小型数码相机以及个人数字助理和手机上附设的数码相机等外设，在拍摄时大多利用自然光自动测光拍摄。这使得这些数码照相和摄像机只有在白天或光线比较充裕的条件下才能进行拍摄。之所以出现这种情况，究其原因，不外乎两条：一是附加闪光电路的成本问题，二是传统闪光电路体积尺寸太大，几乎无法嵌入网易拍和手机之中。为此，本文介绍一种用于手机拍摄的、微型、低成本的闪光灯电源电路。该电路的附加元器件材料成本不足30元，体积不足钮扣般大小，很好地解决了上述数码相机附加闪光灯电路的成本和体积问题。 主要特点 这种新型手机拍摄用闪光灯电源电路选用美国MAXIM公司最新推出的DC-DC电源转换集成电路MAX1583来实现。这是MAXIM公司不久前刚刚推出的一种新器件，它能以很大的稳定电流驱动5个串联白色LED，因而可用在手机、PDA以及其它手持设备中照相机闪光灯的电源控制集成电路中。 MAX1583芯片内部集成有1MHz、24V的DC-DC升压转换器和高压低压差（LDO）电流调节器，工作电压范围为2.6V～5.5V。MAX1583具有关断、摄像、预充电和闪光等4种工作模式，其中关断模式下的最大耗散电流为0.5 A，摄像模式下的输出电流通过编程最高可达100mA，预充电模式可在LED关闭后再次将充电电容的电压充至24V，闪光模式主要用于曝光时闪光灯的开启，闪光电流则可通过编程来实现（最高可达300mA）。MAX1583的这些工作模式均可通过芯片上的两个逻辑输入端来进行选择。此外，MAX1583还具有过电压和过热关断保护功能。 MAX1583采用小型10引脚TDFN封装形式（芯片尺寸仅3mm 3mm），工作温度范围为 40 C ～ +85 C。MAX1583的输入电流可在设计时将其设置为三个不同的值，分别为MAX1583X (1A)、 MAX1583Y (500mA)和MAX1583Z(250mA)。MAX1583的主要特点如下： （1）支持5只LED的开通或闪光操作 （2）具有闪光（300mA）、预充电、摄像（100mA）和关断（此时静态电流仅0.01 A）四种操作模式 （3）有三种电流限制可选，分别为：1A（MAX1583X）、500mA(MAX1583Y)和250mA(MAX1583Z) （4）外部电路十分简单 （5）具有2.6V～5.5V的宽输入电压范围 （6）带有24V输出过电压保护功能 （7）摄像模式时，其功率转换效率可高达80％ （8）片内带有关断保护功能 功能结构 MAX1583采用10引脚TDFN封装的引脚排列图如图1所示。各引脚的主要功能如下： 1脚（Ground）， 接地端，设计时通常将该段连接到芯片表面各引脚中间的裸露部分。 2脚（IN），电源电压输入脚，输入电压范围为2.6V～5.5V，设计时，应在该引脚和接地端子间连接一个4.7 F的陶瓷电容以进行旁路。 3脚（MOV），摄像模式电流设置输入，在MOV和接地端连接一个电阻可对设想模式时的LED电流进行设置，具体方法是： RMOV＝60/ILED 但应注意，设计时，RMOV应大于600K 。 4脚（STB），闪光模式时的操作电流设置输入引脚，在STB脚和接地端连接一个电阻可设置闪光模式时的LED电流，具体方法是： RSTB＝600/ILED 设计时，RSTB 一般应大于2K 。 5脚（POK），电源好输出引脚。在预充电模式，该脚下拉到地电平；而当VOUT电压达到24V时，该引脚变为高阻抗状态。 6、7脚（EN1，EN2），操作模式设定使能引脚，这两个引脚的逻辑状态可用于设置MAX1583的操作模式，具体设置方法如表1所列。 图1 MAX1583的引脚排列 表1：MAX1583的操作模式设定方法 8脚（OUT），输出电压检测引脚，一旦电路中的输出电压VOUT高于24V，MAX1583中的转换电路马上停止工作；而当VOUT电压将至23.5V，转换电路将随之启动。 9脚（LED），LED开关输入，设计时，可将该段接至串联LED的负极，并在摄像模式时将该端电压调节到0.6V。实际上，在关断模式和预充电模式，该段呈现高阻抗。 10脚（LX），电感连接端，该端内部与片内功率MOSFET的漏极相连，外部则与一个电感器相连。在电路关断期间，LX脚为高阻态。 另外，在MAX1583芯片引脚表面一侧的中间，还设计了一片裸漏的部分，该部分通常与电路的接地端相连。 MAX1583芯片内部含有转换控制、电路调节、使能解码、电压参考、过热保护以及电源准备好等电路，同时含有限流比较器、电源准备好比较器、摄像模式反馈比较器等。图2所示是MAX1583的内部结构原理图。 手机拍摄用闪光灯电路电路设计 用MAX1583的手机拍摄闪光灯电源电路如图3所示。由图可见，该闪光灯电路十分简单，它只需要几个电容和电阻，以及一个电感、一个肖特基二极管便可驱动白色LED。下面对该电路的设计过程作一简要说明。 图3 基于MAX1583的闪光灯电源电路 LED电流的调整 图3电路在闪光和摄像模式时的LED电流可通过外部电阻来进行调节。 在闪光模式，LED电流的大小由位于STB和GND之间的电阻RSTB来设置。在该模式，芯片STB端的电压VSTB应调至0.6V，此时，LED中流过的电流与STB脚电流的增益比理论上可以达到1000。而实际上，通过RSTB设置LED电流的大小由下式给出比较合适： RSTB=600/ILED(DESIRED) 而在摄像模式，LED电流的大小则由位于MOV和GND之间的电阻RMOV来决定。该模式时，芯片MOV端的电压VMOV亦应调至0.6V，但其LED电流与MOV脚电流的理论增益则为100，通过RMOV设置LED电流的实际计算公式应为： RMOV=60/ ILED(DESIRED) 充电电容器及电流限制 在闪光模式，MAX1583中的电流必须经过快速转换器处理才能获取所需的LED闪光电流。但MAX1583有250mA、500mA及1A等三个出厂预设电流限制。因此，电路在工作时，一旦LED电流高于芯片的电流门限值，MAX1583内部的MOSFET将在极短时间内关断以使输出电流下降，从而完成一次闪光操作。实际上，设计时可通过OUT和GND 之间的充电电容来获得更大的LED电流，该充电电容器的电容值可由下式计算： CRES=(ILED IBOOST)tSTROBE /(24V-nVF) 式中， ILED是所需的LED闪光电流，IBOOST是转换控制器的最大电流，tSTROBE是闪光持续的时间，n是电路中串联的白色LED个数，VF是LED的正向压降。 假如图3电路中MAX1583的最小输入电压为3.2V，所需的LED闪光电流为100mA， MAX1583的转换控制电流设定为75mA，两个串连在一起的LED的正向电压为4V，希望闪光持续的时间为30ms，那么，充电电容CRES则可由下式决定： CRES=(100mA 75mA) 30mA/[24V-(2 4V)]＝47 F 输入电容选择 电路中的陶瓷电容C1主要用于输入旁路，该电容应尽量靠近芯片。值得注意的是：不同芯片所用的输入旁路电容器的电容值有所不同，MAX1583X所需的旁路电容值为22 F， MAX1583Y所需的旁路电容值为10 F，而MAX1583Z则只需4 F就可以了。 输出电容选择 闪光模式时所需的输出电容的容量应由所需的LED电流及脉冲周期来决定。需注意的是：输出电容的耐压必须大于25V。另外，设计时还应在整个串联LED的两端跨接一个0.1 F/25V的储能电容器。 电感的选择 电路中的电感选择范围一般为4.7 H"47 H。当输入电压接近5V时，使用较大的电感会取得更好的效果。设计时，为了保证其中心饱和度，应确保电感的额定饱和电流不小于MAX1583的限制电流（250mA，500mA，1A）。 肖特基二极管的选择 在电路中MAX1583的LX端外接一个高速整流二极管D1能够达到更好的效果。最好采用快恢复和前向压降较小的二极管。同时应确保二极管的平均电流和峰值电流分别高于MAX1583的平均输出电流和限制电流（250mA，500mA，1A）。另外，二极管的反向击穿电压也必须高于电路的输出电压VOUT。