數(shù)碼相機(jī)和攝像手機(jī)用的SP6685型半導(dǎo)體閃光燈驅(qū)動(dòng)電路

SP6685是一種恒定電流充電泵，主要用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼相機(jī)和攝像手機(jī)中的半導(dǎo)體閃光燈，也可用于攝像機(jī)斷讀高亮度照明燈。該充電泵可以設(shè)定二種不同的恒定電流值，分別驅(qū)動(dòng)照相機(jī)閃光燈和攝像機(jī)照明燈。SP6685可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換升壓和降壓工作狀態(tài)，確保半導(dǎo)體照明燈（LED）的工作電流與正向電壓無(wú)關(guān)。該電路所需的電流采用基準(zhǔn)電壓很低（50mV），可以選用阻泵值很小的表面貼裝電阻器。在閃光狀態(tài)下該充電泵最大輸出電流可達(dá)700mA，也可通過(guò)PWM方式調(diào)整輸出電流，以滿足攝像機(jī)斷續(xù)照明的要求。該充電泵的最高工作頻率為2.4MHz。在關(guān)斷狀態(tài)下，該電路的電流只有1μA。此外，該電路還具有非常完善的保護(hù)功能，如輸出過(guò)電壓保護(hù)、輸出電流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)等。

1 引腳功能

SP6685采用可節(jié)省空間的10引腳DFN封裝。其引腳排列如圖1所示。各引腳的功能如下所述：

1腳VIN：充電泵輸入電壓腳。該腳應(yīng)上接大于1μF的去耦陶瓷電容器，為了提高去耦效果，實(shí)際布線時(shí)，該電容器應(yīng)當(dāng)盡量靠近VIN腳。

2，3腳C1，C2：外接浮置電容器的二個(gè)接入腳，使用時(shí)應(yīng)外接1μF陶瓷電容器。且電容器應(yīng)當(dāng)盡量靠近C1、C2。

4腳FLASH：觸發(fā)閃光和斷續(xù)照明狀態(tài)轉(zhuǎn)換的邏輯輸入端。在斷續(xù)照明狀態(tài)下，反饋腳（FB）電壓穩(wěn)定在內(nèi)部50mV基準(zhǔn)電壓。在閃光狀態(tài)下，改變RSET腳到地之間的電流設(shè)定電阻器RSET，可以改變反饋腳（FB）的基準(zhǔn)電壓。在斷續(xù)照明工作狀態(tài)下，可以根據(jù)半導(dǎo)體燈所需的電流選擇外接電流采樣電阻器RSENSE的阻值。應(yīng)當(dāng)注意，在閃光狀態(tài)下，為了防止器件過(guò)熱，閃光持續(xù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)限制在200ms以內(nèi)。

5腳FN：關(guān)斷控制輸入腳。在正常工作狀態(tài)下，EN腳應(yīng)接到VIN腳，在關(guān)斷狀態(tài)下，EN腳應(yīng)當(dāng)接地。

6腳RSET：閃光燈電流設(shè)定腳。該腳與地之間接一只電阻器來(lái)設(shè)定閃光燈電流。在閃光狀態(tài)下（FLASH腳接高電平）。該電阻器可根據(jù)下式設(shè)定反饋電壓VFB，從而調(diào)整恒定電流值：

VFB=（1.26V/RSET）11.2kΩ

7腳FB：電流控制回路反饋輸入腳。該腳應(yīng)直接接電流采樣電阻器。

8腳SGND：內(nèi)部控制電路接地腳，控制電流由該腳返回電源。

9腳PGND：功率接地腳。浮置電容器的電流由此腳返回電流。

10腳VOUT：充電泵輸出腳。為了減少輸出紋波，該腳應(yīng)外接1μF以上的電容器，該電容器的容量越大，輸出電壓的紋波越小。

2 主要技術(shù)參數(shù)

SP6685的主要技術(shù)參數(shù)如下：

工作電壓為2.7V～4.3V；

最大輸出脈沖電流（閃光）為1A

最大輸出連續(xù)電流為0.4A；

FB腳基準(zhǔn)電壓（閃光）為150mV；

FB腳基準(zhǔn)電壓（繼續(xù)照明）為50mV；

FB腳電流為0.5μF;

關(guān)斷電流為1μA；

EN、FLASH腳邏輯低電平為0.4V；

EN、FLASH腳邏輯高電平為1.3V；

EN、FLASH腳電流為5μA；

過(guò)熱關(guān)斷溫度為145℃；

輸出電壓開(kāi)通時(shí)間為250μs；

存貯溫度為-65℃～+150℃；

工作溫度為-40℃～+85℃。

圖2

3 應(yīng)用電路

3．1 結(jié)構(gòu)原理

SP6685充電泵由單個(gè)鋰離子電池供電，輸入電壓變化范圍為2.7V～4.2V，輸出電流可驅(qū)動(dòng)數(shù)碼相機(jī)中的功率半導(dǎo)體燈（白色LED）。該電路由RSET單元、FB比較器、SET主控制器、充電泵、時(shí)鐘、超溫比較器、輸出開(kāi)關(guān)等部分組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。SP6685有二種工作狀態(tài)：脈沖電流閃光和斷續(xù)電流照明。在閃光狀態(tài)下，SP6685輸出電流脈沖的寬度約為200～300ms，因而可產(chǎn)生強(qiáng)度非常大的閃光，以適用數(shù)碼相機(jī)。在繼續(xù)照明狀態(tài)下，SP6685輸出的連續(xù)電流幅值比閃光狀態(tài)下小，但輸出電流續(xù)時(shí)間可達(dá)幾秒鐘，比較適用于數(shù)碼攝像機(jī)。

SP6685輸出電流有二種控制狀態(tài)，1X狀態(tài)和2X狀態(tài)。EN腳接入邏輯高電平后，SP6685開(kāi)始工作，然后經(jīng)過(guò)200μs建立基準(zhǔn)電壓。此后SP6685進(jìn)入軟啟動(dòng)狀態(tài)，這樣可減小啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流。軟啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，SP6685進(jìn)入1X電流控制狀態(tài)，該狀態(tài)與線性調(diào)整器類似，通過(guò)連續(xù)監(jiān)控反饋腳FB的電壓可控制輸出電流。在1X控制狀態(tài)下，如果SP6685自動(dòng)檢測(cè)到輸出跌落狀態(tài)，即FB腳電壓低于穩(wěn)定點(diǎn)電壓的時(shí)間大于內(nèi)部時(shí)鐘的32位周期，SP6685將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到2X控制狀態(tài)。只要不出現(xiàn)以下4種條件中的任一條件，SP6685就一直維持在2X控制狀態(tài)，這四種條件為：使能腳EN被觸發(fā)；FLASH腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑籚IN切斷后又接入；出現(xiàn)超溫故障。2X電流控制狀態(tài)是充電泵狀態(tài)，輸出電壓可以升到輸入電壓的2倍，但是輸出電壓不會(huì)超過(guò)SP6685的最高電壓，在電路內(nèi)部，該電壓被限制在4.3V。在2X電流控制狀態(tài)下，也如1X狀態(tài)下那樣，通過(guò)檢測(cè)反饋腳（FB）的電壓，可以穩(wěn)定輸出電流。

在斷續(xù)照明狀態(tài)下（FLASH腳接地），F(xiàn)LASH腳設(shè)定為邏輯低電平，同時(shí)，SP6685的FB腳電壓穩(wěn)定在50mV，即

VFB=50mV(斷續(xù)照明狀態(tài))

在閃光狀態(tài)下（FLASH接VIN），反饋腳（FB）電壓由接在RSET腳和SGND腳之間的電阻器RSET設(shè)定，其值為

VFB=（1.26V/RSET）11.2kΩ

式中1.26V為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，11.2kΩ電阻器用于設(shè)定RSET電流的內(nèi)部電阻。在閃光狀態(tài)下，VFB應(yīng)在150mV～30mV之間，RSET的阻值應(yīng)在100kΩ～500kΩ之間。在閃光或斷續(xù)發(fā)光狀態(tài)下，SP6685的輸出電流均可由下式計(jì)算：

IOUT=VFB/RSENSE

3．2 應(yīng)用電路及外接元件選擇

SP6685的典型應(yīng)用電路如圖3所示。由圖可見(jiàn)，SP6685需要外接3只電容器：輸入濾波電容器、輸出濾波電容器、浮置電容器。輸出濾波電容器和浮置電容器的容量應(yīng)為1μF，輸入濾波電容器的容量應(yīng)當(dāng)為2.2μF或4.7μF。增加輸入電容器的容量，可以減小輸入電壓的紋波。滿足對(duì)電池電壓紋波要求較高的數(shù)碼相機(jī)和攝像手機(jī)的要求。為了減小等效串聯(lián)電阻ESR，所有電容器均應(yīng)選用陶瓷電容器。減小ESR可以改善輸出和輸入電容器的旁路作用，同時(shí)通過(guò)減小輸出電阻，還可以改善輸出電壓驅(qū)動(dòng)能力。為了改善旁路作用，輸入和輸出電容器應(yīng)當(dāng)盡量靠近VIN腳和VOUT腳。浮置電容器應(yīng)當(dāng)盡量靠近C1腳和C2腳。

在斷續(xù)照明狀態(tài)下，電流采樣電阻RSENSE由所需輸出電流決定：

RSENSE=VFB/IOUT（斷續(xù)照明狀態(tài)）

式中，VFB=50mV，RSENSE選定后，利用下式可以計(jì)算閃光狀態(tài)下的反饋電壓VFB：

VFB=IOUTRSENSE

式中IOUT為閃光狀態(tài)下的輸出電流。在閃光狀態(tài)下，利用下式可以計(jì)算出RSET的阻值：

RSET=（1.26V/VFB）11.2kΩ(閃光狀態(tài))

例如：在斷續(xù)照明和閃光狀態(tài)下，要求輸出電流分別為200mA和600mA時(shí)，按以上各式可以算出：RSENSE=0.25Ω,VFB=150mV(閃光狀態(tài))，RSET=88.7kΩ。這樣，在閃光狀態(tài)下，反饋電阻所需的功率為：

PFLASH=VFBIOUT=90mW

常用的0603表貼電阻器的額定功率為1/10W（連續(xù)功率）和1/5W（脈沖功率），因此，完全可以滿足該設(shè)計(jì)的要求。