手机相机的LED闪光灯驱动设计
每年市场上出现几百款手机，这些手机的基本功能都一样，就是通信。手机的周边设计是增加手机附加功能、增加手机卖点、增加手机新的利润主要方法。不同的手机在于外围功能，譬如外观，屏幕颜色亮度，多媒体功能，蓝牙，照相机功能等等。手机集成照相机功能是现在手机设计的必然趋势，手机相机的象素也变得越来越高。为了获得更好的图象效果，手机相机的闪光灯功能也变得越来越重要。
目前手机市场上主要采用的是LED闪光灯。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，LED低压闪光灯电路简单、高效、省电、低成本、占PCB面积小，特别适用于手机、数码相机和手持设备，因此赢得了整个手持影像产品市场的青睐。
1 LED闪光灯驱动控制正向电流方案：
LED闪光灯的驱动电路按驱动电路输出特性可以分为恒压型和恒流型，按电路工作原理可以分为Boost电路和电荷泵（charge pump）电路。
1.1 恒压型和恒流型
LED灯是电流驱动型器件，其亮度与电流成比率关系。
在恒压型的驱动电路中，往往串联一个电阻在LED灯上，来确定产生预期正向电流所需要向LED提供的电压。这种方式有一个缺点，就是LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化，从而无法保证流过LED的电流是预设值，也就无法确保LED的辉度恒定。
在恒流型驱动电路中，通过检测串联在LED灯上电阻的电压来保证流过LED的电流恒定。这种方式可以消除正向电压变化所导致的电流变化，因此，可产生固定的LED亮度。
1.2 Boost和电荷泵
由于手机电池电压工作范围一般为3.6V～4.2V，而LED的正向电压一般为3V~4V，所以在低压输入，高压输入的时候，必需采用升压电路把电压升高以驱动LED。闪光灯驱动一般采用两种方式升压，电感做储能元件的Boost电路和采用电容做储能元件的电荷泵。
Boost采用电感做储能元件，它的优点是效率相对较高。其原理图可简单表示如下：
现在市场上的LED闪光灯驱动控制器都集成了控制电路和Boost开关管，但是电感和用于续流的肖特基二极管还是必需外接，从而增加了电路的复杂性，成本和PCB板的面积。此外，由于闪光灯驱动电路和LED灯，显示屏，手机天线一般位于手机上端，与手机的射频电路靠得很近，有效防止驱动电路电感的EMI干扰也是很重要的问题。
电荷泵采用电容做储能元件，其原理图可以表示如下：
电荷泵不需要外接电感，所以不会产生电磁干扰的问题，整个solution所占PCB板的面积也较小。但相对来说效率较低。由于闪光灯工作时间非常短，持续时间一般为100～300ms，所以效率对电池使用时间的影响不是太大。
2 Sipex公司LED闪光灯驱动系列：
Sipex基于电荷泵工作模式推出了一系列闪光灯驱动芯片，SP6686，SP6685，SP7685，闪光电流分别为400mA，700mA，1.2A。由于开关频率达到了2.4MHz，所以输入输出电容和电荷泵的fly电容都可以选择比业内其他产品较小的容值。这三款产品都pin to pin兼容，仅仅闪光电流的最大值不同，所以下面仅以SP6685为例来介绍这系列产品。
下图为SP6685工作原理图：
Sipex闪光灯驱动系列的外围电路非常简单，仅仅需要三个电容两个电阻。Rsense和RSET电阻用来设定闪光模式和常亮模式的LED电流。
2．1 SP6685的常亮模式：
SP6685是恒流型工作模式，在常亮模式下，FB脚的电压为50mV（典型值），于是LED灯上的电流即：
ILED=50mV/Rsense
需要指出的是，由于FB的电压为50mV，所以即使通过满载200mA的电流，Rsense上的功耗为：
Psense=50mV*200mA=0.01W
所以仅仅用0603封装的SMD电阻就可以满足要求。而在恒压输出的工作模式的驱动电路中，限流电阻就必须选择较大的封装。以5V输出为例，这是大部分闪光灯驱动芯片选择的输出电压，见下图：
LED的正向电压一般为3V－4V，当输出电压为5V时，加在限流电阻上的电压为1V～2V，以闪光电流200mA为例，限流电阻上的功耗为：
PR＝U×I＝（1V～2V）×0.2A＝0.2W～0.4W
这就必须采用4个1206封装的贴片电阻，相比采用一个0603电阻的SP6685来说，整个方案的PCB面积就大大增加了。
相比于恒压输出的电荷泵，SP6685的效率将凸现其优势。电荷泵的效率η取决于输入电压Vin，LED的正向电压Vf和升压倍数K（1X，1.5X, 2X），其方程式为：
η＝Vf /(Vin*K)
由于手机电池的工作范围为3.6V～4.2V，当输出电压为5V时，电荷泵必须工作在升压模式下，即K必须为1.5或者2。而实际上，当输入电压高于LED的正向电压Vf一定幅值时，电荷泵可以工作在1X模式下，这个时候的效率将大大超过1.5X和2X模式下。
2．2 SP6685的闪光模式：
SP6685在闪光模式下的FB电压由RSET决定，计算公式如下：
VFB＝(1.26V/RSET)*11.2KΩ
其中，1.26V是芯片内部的参考电压，11.2KΩ是内部限流电阻。
这样，LED灯上的电流为：
ILED＝VFB/Rsense
由于LED的电流不通过RSET，所以RSET上几乎不消耗功率，可以选择0603或者0402封装的电阻。在整个闪光驱动的方案中，仅仅需要两个0603封装的电阻和三个0805封装的电阻，所需的PCB面积为5.4mm*3mm，这在业内做到了最小的体积。
3， SP7685/6685/6686在业内的优势：
总上所述，Sipex公司的闪光灯系列产品在业内处于绝对领先的地位，其优势为：
目前手机市场上主要采用的是LED闪光灯。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，LED低压闪光灯电路简单、高效、省电、低成本、占PCB面积小，特别适用于手机、数码相机和手持设备，因此赢得了整个手持影像产品市场的青睐。
1 LED闪光灯驱动控制正向电流方案：
LED闪光灯的驱动电路按驱动电路输出特性可以分为恒压型和恒流型，按电路工作原理可以分为Boost电路和电荷泵（charge pump）电路。
1.1 恒压型和恒流型
LED灯是电流驱动型器件，其亮度与电流成比率关系。
在恒压型的驱动电路中，往往串联一个电阻在LED灯上，来确定产生预期正向电流所需要向LED提供的电压。这种方式有一个缺点，就是LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化，从而无法保证流过LED的电流是预设值，也就无法确保LED的辉度恒定。
在恒流型驱动电路中，通过检测串联在LED灯上电阻的电压来保证流过LED的电流恒定。这种方式可以消除正向电压变化所导致的电流变化，因此，可产生固定的LED亮度。
1.2 Boost和电荷泵
由于手机电池电压工作范围一般为3.6V～4.2V，而LED的正向电压一般为3V~4V，所以在低压输入，高压输入的时候，必需采用升压电路把电压升高以驱动LED。闪光灯驱动一般采用两种方式升压，电感做储能元件的Boost电路和采用电容做储能元件的电荷泵。
Boost采用电感做储能元件，它的优点是效率相对较高。其原理图可简单表示如下：
现在市场上的LED闪光灯驱动控制器都集成了控制电路和Boost开关管，但是电感和用于续流的肖特基二极管还是必需外接，从而增加了电路的复杂性，成本和PCB板的面积。此外，由于闪光灯驱动电路和LED灯，显示屏，手机天线一般位于手机上端，与手机的射频电路靠得很近，有效防止驱动电路电感的EMI干扰也是很重要的问题。
电荷泵采用电容做储能元件，其原理图可以表示如下：
电荷泵不需要外接电感，所以不会产生电磁干扰的问题，整个solution所占PCB板的面积也较小。但相对来说效率较低。由于闪光灯工作时间非常短，持续时间一般为100～300ms，所以效率对电池使用时间的影响不是太大。
2 Sipex公司LED闪光灯驱动系列：
Sipex基于电荷泵工作模式推出了一系列闪光灯驱动芯片，SP6686，SP6685，SP7685，闪光电流分别为400mA，700mA，1.2A。由于开关频率达到了2.4MHz，所以输入输出电容和电荷泵的fly电容都可以选择比业内其他产品较小的容值。这三款产品都pin to pin兼容，仅仅闪光电流的最大值不同，所以下面仅以SP6685为例来介绍这系列产品。
下图为SP6685工作原理图：
Sipex闪光灯驱动系列的外围电路非常简单，仅仅需要三个电容两个电阻。Rsense和RSET电阻用来设定闪光模式和常亮模式的LED电流。
2．1 SP6685的常亮模式：
SP6685是恒流型工作模式，在常亮模式下，FB脚的电压为50mV（典型值），于是LED灯上的电流即：
ILED=50mV/Rsense
需要指出的是，由于FB的电压为50mV，所以即使通过满载200mA的电流，Rsense上的功耗为：
Psense=50mV*200mA=0.01W
所以仅仅用0603封装的SMD电阻就可以满足要求。而在恒压输出的工作模式的驱动电路中，限流电阻就必须选择较大的封装。以5V输出为例，这是大部分闪光灯驱动芯片选择的输出电压，见下图：
LED的正向电压一般为3V－4V，当输出电压为5V时，加在限流电阻上的电压为1V～2V，以闪光电流200mA为例，限流电阻上的功耗为：
PR＝U×I＝（1V～2V）×0.2A＝0.2W～0.4W
这就必须采用4个1206封装的贴片电阻，相比采用一个0603电阻的SP6685来说，整个方案的PCB面积就大大增加了。
相比于恒压输出的电荷泵，SP6685的效率将凸现其优势。电荷泵的效率η取决于输入电压Vin，LED的正向电压Vf和升压倍数K（1X，1.5X, 2X），其方程式为：
η＝Vf /(Vin*K)
由于手机电池的工作范围为3.6V～4.2V，当输出电压为5V时，电荷泵必须工作在升压模式下，即K必须为1.5或者2。而实际上，当输入电压高于LED的正向电压Vf一定幅值时，电荷泵可以工作在1X模式下，这个时候的效率将大大超过1.5X和2X模式下。
2．2 SP6685的闪光模式：
SP6685在闪光模式下的FB电压由RSET决定，计算公式如下：
VFB＝(1.26V/RSET)*11.2KΩ
其中，1.26V是芯片内部的参考电压，11.2KΩ是内部限流电阻。
这样，LED灯上的电流为：
ILED＝VFB/Rsense
由于LED的电流不通过RSET，所以RSET上几乎不消耗功率，可以选择0603或者0402封装的电阻。在整个闪光驱动的方案中，仅仅需要两个0603封装的电阻和三个0805封装的电阻，所需的PCB面积为5.4mm*3mm，这在业内做到了最小的体积。
3， SP7685/6685/6686在业内的优势：
总上所述，Sipex公司的闪光灯系列产品在业内处于绝对领先的地位，其优势为：
- 采用电流控制模式，使LED上的电流和辉度可以精确控制。
- 外围器件最少，所需电阻的封装最小，所以整个方案的面积最小。
- 开关频率最高，所以可以选择较小容值的滤波电容和Fly电容。
- 不需要电感，不会产生EMI干扰问题。
- 可以工作在1X模式下并且反馈电压低至50mV，所以SP7685/6685/6686的效率在采用电荷泵模式的芯片中为最高。
- SP7685内置Timeout功能，在闪光模式下2.5秒后自动关机，从而保护了LED灯，以免LED过热。
- 拥有业内最大的驱动电流（达1.2A），并有700mA，400mA不同等级的驱动芯片供选择。
文章出处：Sipex FAE 陈建魏
