手机数码相机的低压闪光灯设计

作者Email: alec@keikong.com 摘要：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。 关键词：低压闪光灯 Flash LED 电荷泵 手机的周边设计是增加手机附加功能、增加手机的卖点、增加手机的新的利润主要方法。每年推出的数百种新款手机，无非是增加或改变了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格式的CMOS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品。 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面积特小，特别适用于手机、数码相机和手持设备，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，其亮度大约是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： 1） 亮度（Iv），目前产品能达到最高亮度大约是7500mcd ； 2） 脉冲峰值电流（IFP），一般要求100-400 mA ； 3） 封装，当然是越小越好，一般是5.2X5.2X2.5mm。 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。Flash LED的外形图如图1。 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也是可以合成白光，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。电路图符号如图2。 LED闪光灯都带反光罩和透镜如图3，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，IV 与 IFP 关系见图4。 表1 常用Flash LED性能表 参数 符号 SLMW250 SLMW350 LWH1033 LH-1214 61-25UWC NBCW011T 前向电压 VF 3.2-3.4V 3.3-3.5V 3.4-3.6V 3.0-3.8V 3.5V 3.6V 前向电流 IF 50 mA 80 mA 60 mA 30 mA 25 mA 50 mA 峰值电流 IFP 100 mA 400 mA 100 mA 100 mA 100 mA 100 mA 功耗 PD 200 mW 280 mW 80 mW 114 mW 110 mW 400 mW 反向电压 VR 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 反向电流 IR 100 uA 5 uA 10 uA 8 uA 50 uA 100 uA 亮度 IV 7-8 cd 3.7-4.2 cd 2.4-3.4 cd 2.0-3.5 cd 2.0 cd 1.9-2.6cd 视角 θ 120%26;#176; 120%26;#176; 120%26;#176; 110%26;#176; 120%26;#176; 120%26;#176; 外形尺寸 5.2X5.2X2.5mm 5.4X5X1.8mm 3.2X2.8X1.8mm 5X6X2.5mm 5X6X2.5mm 5X6X2.2mm 管芯数 2 4 3 3 5 4 脚数 4 pin 4 pin 4 pin 4 pin 6 pin 4 pin 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稳定的和能输出150-300mA电流的Flash LED驱动工作源，就目前的IC来说，有二种原理的IC可以考虑，一种是借助于电感器的升压电路（图5），一种借助于电容器升压的电荷泵电路（图6）。它们的实验PCB板图如图7,左面是借助于电容器升压的电荷泵电路实验PCB板,右面是借助于电感器的升压电路实验PCB板，为了演示方便，实验PCB板用按钮替代触发IC。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二颗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思考，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。 图6 借助于电容器升压的电荷泵 结论 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和能节省能源以及生产成本的驱动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。