針對高分辨率照相手機(jī)的LED閃光燈超級電容參考設(shè)計(jì)

　手機(jī)正在變成終極集大成便攜式消費(fèi)電子平臺(tái)。它的性能包括：捕捉高質(zhì)量圖像、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)訪問、清脆的音頻、更長的通話時(shí)間、以及更長的電池壽命。不過，一個(gè)主要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)也正在浮現(xiàn)出來。為了適應(yīng)高度復(fù)雜的移動(dòng)應(yīng)用，手機(jī)電池仍然需要費(fèi)很大的力氣才能提供足夠的峰值功率，這就推動(dòng)了可為高性能操作提供所需功率的電路的需求，這種電路可以在不過載電池的前提下在短時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存大電流。

　　對高級照相手機(jī)制造商來說，最重要的挑戰(zhàn)就是提供高亮度相機(jī)閃光燈所需的大峰值電流。隨著照相手機(jī)的分辨率增長到三百萬像素及以上，產(chǎn)生高質(zhì)量圖像所需的光通量也已急劇提高。為了匹配數(shù)碼相機(jī)的照片質(zhì)量，必須以高達(dá)2A的電流驅(qū)動(dòng)led閃光燈，或?qū)㈦瘹忾W光管充電到330V以上。手機(jī)的其他應(yīng)用（包括RF功放、GPS導(dǎo)航、互聯(lián)網(wǎng)訪問、音樂和視頻）也有可能超過電池電流的供應(yīng)能力。

　　設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　照相手機(jī)在中度到低度光照條件下需要一個(gè)高亮度閃光燈來產(chǎn)生曝光充分的圖片。設(shè)計(jì)師可以選擇LED或氙氣閃光管，但它們兩者都有相應(yīng)的挑戰(zhàn)。

　　大電流LED閃光燈需要4倍于電池提供的功率，才能產(chǎn)生高分辨率圖像所需的光亮度。為了克服功率限制問題，一些照相手機(jī)已經(jīng)采用更長的閃光曝光時(shí)間來補(bǔ)償光通量的不足，而這會(huì)導(dǎo)致圖片的模糊。

　　氙氣閃光管可提供很好的光照度，但它的閃光曝光時(shí)間很短，因此不能用于視頻捕捉/電影模式功能。它所需的電解儲(chǔ)存電容對纖薄型設(shè)計(jì)來說體積太大、工作電壓很高，兩次閃光之間需要較長時(shí)間才能充滿電，不能用于手機(jī)中其他需要峰值功率的應(yīng)用。

　　解決為每個(gè)LED閃光燈提供1～2A驅(qū)動(dòng)電流問題的方法之一是，用一個(gè)電容來儲(chǔ)存電流，并在不分流主電池的情況下快速供電。不過，如果采用傳統(tǒng)電容要儲(chǔ)存大電流，不是需要一個(gè)體積非常大的大容量電容，就是需要多個(gè)并聯(lián)起來的中等容量電容。對于空間受限的便攜式系統(tǒng)來說，更為實(shí)用的解決方案是采用容值非常高的超級電容。通過使用一個(gè)超級電容，設(shè)計(jì)師可以為這些短持續(xù)間隔的事件提供所需的大電流，并在這些事件之間通過電池對它們再充電。為了支持電池，設(shè)計(jì)師可以增加一個(gè)很薄的超級電容，這可在不犧牲纖薄手機(jī)設(shè)計(jì)的情況下應(yīng)對手機(jī)的峰值功率需求（如為拍照、音頻和視頻、無線傳輸和GPS結(jié)果閱讀提供閃光）。它也允許設(shè)計(jì)師通過僅滿足平均功耗而不是峰值功耗來最佳地調(diào)整電池和功率電路的大小，減少系統(tǒng)的占板面積。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)超級電容

　　超級電容（SC）是什么？像任何電容一樣，一個(gè)超級電容基本上也是由兩塊并行的導(dǎo)電板構(gòu)成的，中間隔以被稱為電介質(zhì)的絕緣材料。電容的容值與導(dǎo)電板的面積成正比，與電介質(zhì)的厚度成反比。開發(fā)超級電容的制造商通過采用多孔碳材料制造導(dǎo)電板以使得表面積最大，以及采用像分子那樣薄的電解液作為電介質(zhì)以將兩塊導(dǎo)電板之間距離減至最小，在最小化尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)了更高的電容值。

　　采用這一方法，可以制造出容值為16mF～2.3F的電容。這些電容可等效為非常低的內(nèi)部電阻或ESR（等效串聯(lián)電阻），這使得它們可在最小化輸出電壓的同時(shí)提供高峰值電流脈沖。通過以相對較小的外形尺寸提供非常高的電容值，這些超級電容降低了系統(tǒng)對PCB板面積的需求。它們可以制造成任何尺寸和形狀，而且可在數(shù)秒內(nèi)完成再充電，可將電池壽命延長5倍，并允許設(shè)計(jì)師采用更小、更輕和更廉價(jià)的電池。

　　固有挑戰(zhàn)

　　不過，這一低ESR在充電過程中為設(shè)計(jì)師帶來了一個(gè)問題。在任一系統(tǒng)中，電容在最初使用前都是放空的。隨后，當(dāng)電源電壓施加以后，超級電容看起來就像是一個(gè)低值電阻。如果該電流不被控制或限制，就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)巨大的尖峰電流。因此，設(shè)計(jì)師必須實(shí)現(xiàn)某種尖峰電流限制措施，以確保電池不會(huì)馬上耗盡。任何這種類型的電路通常還需要短路、過壓和過流保護(hù)。