手機數(shù)碼相機的低壓閃光燈設(shè)計
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摘要:本文介紹了手機數(shù)碼相機用低壓閃光燈電路設(shè)計、主要器件選用要求。
手機的周邊設(shè)計是增加手機附加功能、增加手機的賣點、增加手機的新的利潤主要方法。每年推出的數(shù)百種新款手機,無非是增加或改變了手機的外觀形狀和顏色、鍵盤燈和顯示屏的顏色和亮度、聲音重現(xiàn)的方式和質(zhì)量、鈴聲和弦的變化、附加拍照功能或能上網(wǎng)、接收電視和電臺、MP3播放等等。手機增加數(shù)碼相機功能幾乎成了手機新設(shè)計方案的必然趨勢,目前市場上的手機數(shù)碼相機大多是選用30萬像素VGA格式的CMOS鏡頭,100萬至200萬像素的CMOS鏡頭選用已經(jīng)成為當(dāng)前手機設(shè)計的主流。為了給手機數(shù)碼相機拍照時補光,閃光燈也就成了手機的必需品。
閃光燈是拍照的輔助工具,它是攝影光源的一種,當(dāng)拍照時,周圍環(huán)境的自然光源(日光)或人工光源(燈光等)不足的時候,閃光燈就成了彌補這一不足的機動光源。各種相機內(nèi)置或外加的萬次閃光燈,最通用的都是通過振蕩電路和變壓器升壓,經(jīng)大電容器儲存能量,在需要的瞬間釋放并感應(yīng)出高壓,激發(fā)惰性氣體發(fā)出脈沖光源,從而獲得極強的瞬時功率。
以高亮度LED為閃光燈源的低壓閃光燈的出現(xiàn),給傳統(tǒng)的閃光燈帶來一個革命性的變化。低壓閃光燈不需要振蕩電路、不需要升壓變壓器和儲能大電容器,F(xiàn)lash LED只需要3.5―4.5V的直流電壓、120-250mA的電流就可使其發(fā)出2000mcd―7500mcd的高亮度光線,照亮需要輔助光的被攝主體。LED低壓閃光燈電路簡單、高效、省電、低成本、占PCB面積特小,特別適用于手機、數(shù)碼相機和手持設(shè)備,因此將贏得整個手持影像產(chǎn)品市場的青睞。
Flash LED的選用
LED閃光燈的選用第一要點就是高亮度和能通過大電流, LED發(fā)光的亮度與通過電流成正比。用在手機鍵盤的LED,其使用電流大約是7-12mA,其亮度大約是20-40mcd;用在STN-LCD屏背光的LED ,其使用電流大約是14-20mA,其亮度大約是100-1000mcd;而用作閃光燈的LED,其使用電流大約是120-250mA,其亮度大約是2000-7500mcd;由此可見,手機上不同用途的LED,其性能也是完全不同的。
閃光燈用Flash LED選用的主要技術(shù)參數(shù)是:
1)亮度(Iv),目前產(chǎn)品能達(dá)到最高亮度大約是7500mcd ;
2)脈沖峰值電流(IFP),一般要求100-400 mA ;
3)封裝,當(dāng)然是越小越好,一般是5.2X5.2X2.5mm。
隨著LED技術(shù)的突飛猛進,用作閃光燈的Flash LED 技術(shù)參數(shù)提高很快,早期的Flash LED為了提高其亮度是在一個芯片封裝中放入5顆管芯,隨著單顆管芯亮度的不斷提高,分別出現(xiàn)4顆、3顆,乃至2顆管芯。Flash LED的外形圖如圖1。
實現(xiàn)白光的LED是基于氮化鎵(GaN)藍(lán)光LED技術(shù),LED閃光燈目前都是一顆LED閃光燈安裝幾個藍(lán)色LED管芯加上黃磷濾色鏡的結(jié)構(gòu)原理來發(fā)出白光的,這也是最經(jīng)濟實用的方案;用一顆RGB(紅綠藍(lán))三色管芯LED也是可以合成白光,但一顆RGB LED比一顆LED閃光燈價格貴,紅綠藍(lán)三色要分別調(diào)控亮度才能合成白光,使用成本較高,只有在需要調(diào)節(jié)閃光色溫和多彩的高級方案中才選用。
LED閃光燈內(nèi)幾顆LED管芯并聯(lián)使用,所以需要較大的工作電流。電路圖符號如圖2。
LED閃光燈都帶反光罩和透鏡如圖3,因此在幾米的距離內(nèi)能提供均衡的光線。
Flash LED的主要技術(shù)參數(shù)是亮度(IV)、視角(θ)、前向電壓(VF)、前向電流(IF)、功耗(Pd)、峰值電流(IFP)、管芯數(shù)量和外形尺寸。表1是常用Flash LED性能表。
Flash LED的亮度(IV)與通過的峰值電流(IFP)成正比,IV 與 IFP 關(guān)系見圖4。
表1 常用Flash LED性能表
參數(shù) | 符號 | SLMW250 | SLMW350 | LWH1033 | LH-1214 | 61-25UWC | NBCW011T |
前向電壓 | VF | 3.2-3.4V | 3.3-3.5V | 3.4-3.6V | 3.0-3.8V | 3.5V | 3.6V |
前向電流 | IF | 50 mA | 80 mA | 60 mA | 30 mA | 25 mA | 50 mA |
峰值電流 | 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 |
反向電壓 | VR | 5 V | 5 V | 5 V | 5 V | 5 V | 5 V |
反向電流 | 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 |
視角 | θ | 120 | 120 | 120 | 110 | 120 | 120 |
外形尺寸 | 5.2X5.2X2.5mm | 5.4X5X1.8mm | 3.2X2.8X1.8mm | 5X6X2.5mm | 5X6X2.5mm | 5X6X2.2mm | |
管芯數(shù) | 2 | 4 | 3 | 3 | 5 | 4 | |
腳數(shù) | 4 pin | 4 pin | 4 pin | 4 pin | 6 pin | 4 pin |
Flash LED驅(qū)動電路設(shè)計
手機數(shù)碼相機的低壓閃光燈電路設(shè)計本著高效、低成本、占地面積小的原則來選擇Flash LED的驅(qū)動IC。要求這顆驅(qū)動IC能在低電壓下輸出150-300mA電流,周邊使用的器件要少,這樣可以有效的減少PCB板的面積。要將手機鋰電池不穩(wěn)定的低電壓轉(zhuǎn)換成4-5V穩(wěn)定的和能輸出150-300mA電流的Flash LED驅(qū)動工作源,就目前的IC來說,有二種原理的IC可以考慮,一種是借助于電感器的升壓電路(圖5),一種借助于電容器升壓的電荷泵電路(圖6)。它們的實驗PCB板圖如圖7,左面是借助于電容器升壓的電荷泵電路實驗PCB板,右面是借助于電感器的升壓電路實驗PCB板,為了演示方便,實驗PCB板用按鈕替代觸發(fā)IC。選用電容器升壓的電荷泵電路比較經(jīng)濟實惠,PCB板上除了電荷泵和Flash LED二顆IC外,只需要三個電容器、二個電阻器和一個0.5A電流的MOSFET,占用PCB板面積較小;選用電感器的升壓電路,除了升壓和Flash LED二顆IC外,還需要一個電感器、一個肖特基二極管和數(shù)個電容器、電阻器。從手機的特殊應(yīng)用來思考,手機的LCD顯示屏和照相機鏡頭、閃光燈都位于手機的上方,與手機的射頻電路靠得很近,因此如何防止幅射和串?dāng)_更顯十分重要。
圖6 借助于電容器升壓的電荷泵
結(jié)論
手機數(shù)碼相機用低壓閃光燈電路設(shè)計關(guān)鍵是選好高亮度的Flash LED和能節(jié)省能源以及生產(chǎn)成本的驅(qū)動IC,綜上所述,SLMW250 Flash LED 和電荷泵IC升壓電路是比較理想的選擇。
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