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如今，愈來(lái)愈多的手機、MP4、PDA等數碼產(chǎn)品帶有拍照功能，隨著(zhù)百萬(wàn)像素攝像頭應用的普及，用戶(hù)對照相及攝像的效果與質(zhì)量要求也逐漸提高。為了在環(huán)境亮度較暗的情況下，仍能獲得較好的拍攝質(zhì)量，部分手機、MP4、PDA產(chǎn)品中已經(jīng)添加了閃光燈。有了閃光燈，才能真正不受環(huán)境的限制，“想拍就拍”；同時(shí)閃光燈還能當作手電筒使用，在必要的時(shí)候用作應急照明。帶有閃光燈的這類(lèi)產(chǎn)品，更像“數碼相機”，因此受到了用戶(hù)的普遍歡迎。 小電流閃光燈的驅動(dòng)要求 鑒于種種原因，市場(chǎng)上大部分手機、MP4、PDA等產(chǎn)品中的閃光燈是用低亮度、低成本的LED來(lái)實(shí)現。這類(lèi)閃光燈內部通常是由幾個(gè)白光LED燈芯組成，有的直接在內部并接或串接，只提供2個(gè)連接引腳；有的提供6個(gè)引腳讓用戶(hù)在外部自由配置成串聯(lián)或并聯(lián)形式。由于串聯(lián)連接閃光燈需要基于電感的Boost升壓芯片來(lái)驅動(dòng)，電感體積過(guò)大以及EMI干擾較嚴重使其很難在手持設備中使用，故目前手持設備應用中大多使用并聯(lián)連接的閃光燈。 圖1 幾種典型的閃光燈管芯連接方式 受制于目前LED的工藝水平和價(jià)格，手持設備應用中的閃光燈通常只允許每顆30mA左右的持續電流和不超過(guò)100mA的峰值電流（廠(chǎng)家對峰值電流的持續時(shí)間和頻率有嚴格要求）。由于通過(guò)電流較小，閃光時(shí)亮度較低（約為5000mcd），這顯然達不到專(zhuān)業(yè)相機閃光燈（多采用氙氣燈）的要求，但因為L(cháng)ED閃光燈成本低，實(shí)現簡(jiǎn)單，目前仍然是手持設備的主要選擇。 實(shí)現閃光燈功能，需要添加一片閃光燈驅動(dòng)芯片。不僅要求其能將燈點(diǎn)亮，還要能靈活地設定工作電流，同時(shí)又要能在Torch模式或Flash模式中方便切換。工作在Torch模式時(shí)，閃光燈持續發(fā)光，用作手電筒照明或拍攝短片時(shí)背景照明，也可用作黑暗環(huán)境下拍照前的預閃。而工作在Flash模式時(shí)，則用作拍照時(shí)短時(shí)間閃光，加大曝光量。閃光燈驅動(dòng)芯片是否可以靈活的設定驅動(dòng)電流以及方便地進(jìn)行模式切換決定了該芯片的易用性。 傳統解決方案面積大，效率低 在通過(guò)較大電流時(shí)，閃光燈管的正向壓降VF（4～4.5V）通常要高于鋰電池的電壓，所以并聯(lián)閃光燈驅動(dòng)芯片大都采用Charge Pump升壓技術(shù)，將電池電壓升到一個(gè)較高值來(lái)驅動(dòng)LED。在傳統解決方案中，普遍使用一種恒壓輸出的Charge Pump芯片來(lái)驅動(dòng)小電流閃光燈。如圖2為某典型產(chǎn)品的應用方案。該芯片輸出恒定的電壓（4.5V或5V），通過(guò)RB限流電阻設定Torch模式下的電流；而在Flash模式時(shí)，將Flash Gate（N溝的MOSFET）閉合，RB與RF兩個(gè)限流電阻并聯(lián)，等效電阻值降低，導致流過(guò)LED燈的電流明顯增大，亮度增加，發(fā)生“閃光”。 圖2 傳統小電流閃光燈驅動(dòng)方案 圖2中的解決方案有兩個(gè)明顯缺點(diǎn)： 1，芯片工作在固定2倍升壓模式，恒壓輸出，效率很低。 2．由于Torch和Flash模式下通過(guò)LED燈電流較大，限流電阻需要使用0603或0805的封裝，Flash Gate一般也要使用SOT23的封裝。這不僅增加了電路面積，也增加方案成本。 一些改進(jìn)的產(chǎn)品采用了分數電荷泵工作模式，稍微提高了一些轉換效率，但依舊使用恒壓輸出，需要外置限流電阻和MOS開(kāi)關(guān)，仍然無(wú)法克服上述缺點(diǎn)。 CP2130的新型閃光燈驅動(dòng)方案 市場(chǎng)上一些專(zhuān)用的閃光燈驅動(dòng)芯片可以很好的解決上述問(wèn)題，但這類(lèi)產(chǎn)品通常都是專(zhuān)為高達500mA甚至安培級電流的閃光燈應用而設計的，芯片價(jià)格很高，這使得很多客戶(hù)不得不繼續使用傳統的解決方案。 啟攀微電子（Chiphomer）針對小電流閃光燈的應用現狀，開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品CP2130，給出了一種全新的閃光燈驅動(dòng)方案，有效的解決了方案易用性和成本的矛盾。 CP2130是一種1倍，1.5倍自適應模式切換的電荷泵型LED驅動(dòng)芯片，可支持多達5顆LED燈的應用，支持寬頻率范圍的PWM調光，驅動(dòng)電流由ISET腳的RSET電阻設定，采用小體積（3mm x 3mm）的QFN16封裝�；赟mart Mirror專(zhuān)利技術(shù)，可為各LED通道提供超精確電流匹配。驅動(dòng)2.8inch LCD背光的典型應用方案見(jiàn)圖3。 圖3 CP2130背光驅動(dòng)方案 CP2130特別設計的電流驅動(dòng)結構同時(shí)可以滿(mǎn)足小電流閃光燈的驅動(dòng)需求。其可以保證提供持續輸出150mA，峰值輸出300mA的驅動(dòng)能力，滿(mǎn)足了目前大部分手機、MP4、PDA等產(chǎn)品的小電流閃光燈的驅動(dòng)需求。典型應用圖見(jiàn)圖4。 圖4 CP2130小電流閃光燈驅動(dòng)方案 在圖4方案中，EN信號作為芯片使能。當EN為低電平時(shí)，芯片進(jìn)入Shutdown模式，漏電流極低。當EN為高電平時(shí)，芯片處于工作狀態(tài)。GPIO-FLASH用于Torch和Flash模式的選擇切換。 當GPIO_FLASH設定為高阻態(tài)（或者設定為輸入端口時(shí)），ISET端電阻僅為RSET，此時(shí)設定在較小的驅動(dòng)電流上，芯片工作在Torch模式。而當GPIO_FLASH輸出低電平時(shí)，ISET端等效電阻為RADJ和RSET兩電阻的并聯(lián)，等效電阻值變小，此時(shí)設定在較大的驅動(dòng)電流上，芯片進(jìn)入Flash模式�？梢�(jiàn)，使用GPIO_FLASH的IO信號可方便的在Torch模式和Flash模式之間切換。 以80mA @ Torch，250mA @ Flash的典型應用為例，兩電阻可按如下規則選擇：當輸出80mA時(shí)，5個(gè)輸出并接，相當于每路輸出16mA，通過(guò)公式1易得RSET為10KΩ； 當需要輸出250mA時(shí)，相當于每路輸出50mA，通過(guò)公式1易得等效RSET為3.1KΩ（實(shí)際RSET與RADJ的并聯(lián)值）；此時(shí)，可推算出RADJ約4.5KΩ，取鄰近的標稱(chēng)電阻即可。 也可以將GPIO_FLASH直接輸出高電平來(lái)進(jìn)入Torch模式，輸出低電平進(jìn)入Flash模式。此時(shí)IO控制比較簡(jiǎn)單，但要通過(guò)公式2來(lái)計算RSET與RADJ的電阻值，相對復雜一些。 公式1和公式2中RSET為ISET引腳端對地等效電阻值，ILED為設定的CP2130每路輸出電流值。公式2中各電阻的單位為KΩ，VIO為GPIO_FLASH的IO電壓，單位為V，如低電平為0V，高電平為2.8V。 需要指出的是，用于控制模式切換的GPIO端口內部應沒(méi)有上拉或下拉電阻，否則會(huì )造成實(shí)際電流與按上述公式計算電流的偏差。用戶(hù)可以選擇沒(méi)有上拉或下拉電阻的端口，或者選用可以將上拉或下拉電阻關(guān) 閉的端口來(lái)進(jìn)行模式切換。 比較圖4中的CP2130驅動(dòng)方案和圖2中的傳統的解決方案，容易看出： 1．CP2130是自適應模式切換的電荷泵，是電流輸出型器件，平均效率高。 2．CP2130外圍僅需幾個(gè)0402封裝的普通電阻電容來(lái)設定和調節閃光燈電流，方案板上面積小，實(shí)現成本低。 實(shí)際應用的問(wèn)題 實(shí)際應用中閃光燈組件及其聚光鏡的安放對亮度和效果有一定影響，應該綜合廠(chǎng)家的建議和產(chǎn)品結構外形，合理設計。同時(shí)應注意應用場(chǎng)合的實(shí)際散熱情況，散熱不良將導致閃光燈溫度過(guò)高，影響壽命。通常應對整機產(chǎn)品進(jìn)行老化試驗，測試閃光燈在閃光持續時(shí)間較長(cháng)（比如200～300ms）時(shí)，連續工作（比如閃爍5千次，1萬(wàn)次）情況下是否安全。 另外了解到在有些產(chǎn)品中，將閃光燈通過(guò)MOSFET負載開(kāi)關(guān)直接連接在電池上，從鋰電池上直接取電來(lái)驅動(dòng)閃光燈。這種方式是很不可取的。由于鋰電池電壓變化范圍很大，這將導致閃光燈亮度差異嚴重，在電池電壓較低時(shí)，閃光亮度急劇退化。而在電池電壓較高時(shí)，效率低，特別浪費電能。因此，一定要選用一塊閃光燈驅動(dòng)芯片來(lái)管理閃光燈。 小結 啟攀微電子（Chiphomer）長(cháng)久以來(lái)，一直致力于開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足客戶(hù)真實(shí)需求的產(chǎn)品。其推出了一系列LED驅動(dòng)芯片，支持各種LED燈連接方式，滿(mǎn)足不同的應用需求。 CP2130作為一款并聯(lián)LED驅動(dòng)芯片，不僅能勝任背光驅動(dòng)，更能滿(mǎn)足小電流閃光燈的應用需求，電路實(shí)現簡(jiǎn)單，板上面積小，成本低，相比傳統的恒壓輸出驅動(dòng)解決方案有很大優(yōu)勢，特別適用作手持設備的小電流閃光燈驅動(dòng)。 |
