数码相机和摄像手机用的SP6685型半导体闪光灯驱动电路

SP6685是一种恒定电流充电泵，主要用于驱动数码相机和摄像手机中的半导体闪光灯，也可用于摄像机断读高亮度照明灯。该充电泵可以设定二种不同的恒定电流值，分别驱动照相机闪光灯和摄像机照明灯。SP6685可以自动转换升压和降压工作状态，确保半导体照明灯（LED）的工作电流与正向电压无关。该电路所需的电流采用基准电压很低（50mV），可以选用阻泵值很小的表面贴装电阻器。在闪光状态下该充电泵最大输出电流可达700mA，也可通过PWM方式调整输出电流，以满足摄像机断续照明的要求。该充电泵的最高工作频率为2.4MHz。在关断状态下，该电路的电流只有1μA。此外，该电路还具有非常完善的保护功能，如输出过电压保护、输出电流保护和过热保护等。 1 引脚功能 SP6685采用可节省空间的10引脚DFN封装。其引脚排列如图1所示。各引脚的功能如下所述： 1脚VIN：充电泵输入电压脚。该脚应上接大于1μF的去耦陶瓷电容器，为了提高去耦效果，实际布线时，该电容器应当尽量靠近VIN脚。 2，3脚C1，C2：外接浮置电容器的二个接入脚，使用时应外接1μF陶瓷电容器。且电容器应当尽量靠近C1、C2。 4脚FLASH：触发闪光和断续照明状态转换的逻辑输入端。在断续照明状态下，反馈脚（FB）电压稳定在内部50mV基准电压。在闪光状态下，改变RSET脚到地之间的电流设定电阻器RSET，可以改变反馈脚（FB）的基准电压。在断续照明工作状态下，可以根据半导体灯所需的电流选择外接电流采样电阻器RSENSE的阻值。应当注意，在闪光状态下，为了防止器件过热，闪光持续时间应当限制在200ms以内。 5脚FN：关断控制输入脚。在正常工作状态下，EN脚应接到VIN脚，在关断状态下，EN脚应当接地。 6脚RSET：闪光灯电流设定脚。该脚与地之间接一只电阻器来设定闪光灯电流。在闪光状态下（FLASH脚接高电平）。该电阻器可根据下式设定反馈电压VFB，从而调整恒定电流值： VFB=（1.26V/RSET）%26;#215;11.2kΩ 7脚FB：电流控制回路反馈输入脚。该脚应直接接电流采样电阻器。 8脚SGND：内部控制电路接地脚，控制电流由该脚返回电源。 9脚PGND：功率接地脚。浮置电容器的电流由此脚返回电流。 10脚VOUT：充电泵输出脚。为了减少输出纹波，该脚应外接1μF以上的电容器，该电容器的容量越大，输出电压的纹波越小。 2 主要技术参数 SP6685的主要技术参数如下： %26;#183;工作电压为2.7V～4.3V； %26;#183;最大输出脉冲电流（闪光）为1A %26;#183;最大输出连续电流为0.4A； %26;#183;FB脚基准电压（闪光）为150mV； %26;#183;FB脚基准电压（继续照明）为50mV； %26;#183;FB脚电流为0.5μF; %26;#183;关断电流为1μA； %26;#183;EN、FLASH脚逻辑低电平为0.4V； %26;#183;EN、FLASH脚逻辑高电平为1.3V； %26;#183;EN、FLASH脚电流为5μA； %26;#183;过热关断温度为145℃； %26;#183;输出电压开通时间为250μs； %26;#183;存贮温度为-65℃～+150℃； %26;#183;工作温度为-40℃～+85℃。 图2 3 应用电路 3．1 结构原理 SP6685充电泵由单个锂离子电池供电，输入电压变化范围为2.7V～4.2V，输出电流可驱动数码相机中的功率半导体灯（白色LED）。该电路由RSET单元、FB比较器、SET主控制器、充电泵、时钟、超温比较器、输出开关等部分组成，其内部结构框图如图2所示。SP6685有二种工作状态：脉冲电流闪光和断续电流照明。在闪光状态下，SP6685输出电流脉冲的宽度约为200～300ms，因而可产生强度非常大的闪光，以适用数码相机。在继续照明状态下，SP6685输出的连续电流幅值比闪光状态下小，但输出电流续时间可达几秒钟，比较适用于数码摄像机。 SP6685输出电流有二种控制状态，1X状态和2X状态。EN脚接入逻辑高电平后，SP6685开始工作，然后经过200μs建立基准电压。此后SP6685进入软启动状态，这样可减小启动时产生的浪涌电流。软启动过程结束后，SP6685进入1X电流控制状态，该状态与线性调整器类似，通过连续监控反馈脚FB的电压可控制输出电流。在1X控制状态下，如果SP6685自动检测到输出跌落状态，即FB脚电压低于稳定点电压的时间大于内部时钟的32位周期，SP6685将自动转换到2X控制状态。只要不出现以下4种条件中的任一条件，SP6685就一直维持在2X控制状态，这四种条件为：使能脚EN被触发；FLASH脚由高电平变为低电平；VIN切断后又接入；出现超温故障。2X电流控制状态是充电泵状态，输出电压可以升到输入电压的2倍，但是输出电压不会超过SP6685的最高电压，在电路内部，该电压被限制在4.3V。在2X电流控制状态下，也如1X状态下那样，通过检测反馈脚（FB）的电压，可以稳定输出电流。 在断续照明状态下（FLASH脚接地），FLASH脚设定为逻辑低电平，同时，SP6685的FB脚电压稳定在50mV，即 VFB=50mV(断续照明状态) 在闪光状态下（FLASH接VIN），反馈脚（FB）电压由接在RSET脚和SGND脚之间的电阻器RSET设定，其值为 VFB=（1.26V/RSET）%26;#215;11.2kΩ 式中1.26V为内部基准电压，11.2kΩ电阻器用于设定RSET电流的内部电阻。在闪光状态下，VFB应在150mV～30mV之间，RSET的阻值应在100kΩ～500kΩ之间。在闪光或断续发光状态下，SP6685的输出电流均可由下式计算： IOUT=VFB/RSENSE 3．2 应用电路及外接元件选择 SP6685的典型应用电路如图3所示。由图可见，SP6685需要外接3只电容器：输入滤波电容器、输出滤波电容器、浮置电容器。输出滤波电容器和浮置电容器的容量应为1μF，输入滤波电容器的容量应当为2.2μF或4.7μF。增加输入电容器的容量，可以减小输入电压的纹波。满足对电池电压纹波要求较高的数码相机和摄像手机的要求。为了减小等效串联电阻ESR，所有电容器均应选用陶瓷电容器。减小ESR可以改善输出和输入电容器的旁路作用，同时通过减小输出电阻，还可以改善输出电压驱动能力。为了改善旁路作用，输入和输出电容器应当尽量靠近VIN脚和VOUT脚。浮置电容器应当尽量靠近C1脚和C2脚。 在断续照明状态下，电流采样电阻RSENSE由所需输出电流决定： RSENSE=VFB/IOUT（断续照明状态） 式中，VFB=50mV，RSENSE选定后，利用下式可以计算闪光状态下的反馈电压VFB： VFB=IOUT%26;#215;RSENSE 式中IOUT为闪光状态下的输出电流。在闪光状态下，利用下式可以计算出RSET的阻值： RSET=（1.26V/VFB）%26;#215;11.2kΩ(闪光状态) 例如：在断续照明和闪光状态下，要求输出电流分别为200mA和600mA时，按以上各式可以算出：RSENSE=0.25Ω,VFB=150mV(闪光状态)，RSET=88.7kΩ。这样，在闪光状态下，反馈电阻所需的功率为： PFLASH=VFBIOUT=90mW 常用的0603表贴电阻器的额定功率为1/10W（连续功率）和1/5W（脉冲功率），因此，完全可以满足该设计的要求。