DN1009: 适用于手机应用的微型高效高功率LED相机闪光灯解决方案

引言

手机和PDA的外形尺寸已接近小型化的极限，但所含的新功能却在不断增加，例如内置摄像头和视频拍摄。最初的手机内置摄像头功能基础，分辨率很低，几乎没有可用的闪光灯功能。然而，随着手机摄像头分辨率的提升，先进的闪光技术也应同步发展。

数码相机使用的闪光灯技术有两种。第一种使用氙气闪光灯来提供时间极短、高流明的闪光，其光谱特性十分 优异。LTC可以提供简单、紧凑、高效的氙气闪光灯解决方案（参见设计笔记345)。

第二种闪光灯技术采用LED。在追求简洁设计和节省空间的应用中，LED方案更胜一筹；尤其是在需要“手电筒”或视频模式照明时，LED更是不二之选。LED闪光灯可以放入连最小的氙气闪光灯也无法放入的空间。不久之前，LED在光输出和光谱性能方面还无法与氙气解决方案竞争，导致其应用一直局限于低分辨率（低于100 万像素）相机。然而，最近（超10倍）的性能提升已使LED成为当前流行的100万像素及更高分辨率手机摄像头极具吸引力的解决方案。

凌力尔特提供许多简单且极其紧凑的解决方案来驱动最新的高亮度输出LED，包括Lumileds Luxeon Flash LED。这些LED的亮度比常规LED高出12倍(http:/www.lumileds.com/solutions/solution.cfm?id=9)。

恒流LED驱动器

基于开关稳压器的DC/DC转换器体积小且效率高，是LED驱动器解决方案的首选。传统开关稳压器的问题在于，其设计初衷是为了在负载电流发生变化的情况下产生稳定的电压。LED必须采用恒流驱动才能产生可预测的光输出。若使用典型的开关稳压器来提供恒定电流，需要添加运算放大器和额外电路，这在空间受限的应用中是 不可取的。

四款新器件解决了这个问题。 LTC3216 电荷泵、LTC3453 降压-升压转换器以及LT1618 和 LT3479 升压稳压器均集成了所需电路，可产生恒流输出，同时保持高效率运行。

LXCL-PWF1 的降压-升压转换器

虽然恒流解决方案不直接调节或监控LED驱动电路的输出电压，但输出电压相对于输入电压的水平是决定所需器件类型的关键因素。如果LED的正向电压不低于（或高于）输入电压，则降压（或升压）调节器在进行恒流转换时无法正确调节LED电流。锂离子电池的输入电压范围很宽，当LED的正向电压处于电池放电曲线范围内 时，转换器必须既能升高也能降低电压，以实现LED电流的稳态调节。

LTC3453降压-升压LED驱动器（图1）利用其四个内部开关非常高效地实现了这一功能。这种微型解决方案仅需一个较小的薄型电感(3.3mm × 3.3mm × 1.4mm)，LED效率达90%。更小的LTC3216电荷泵LED驱动器（图2）采用不同的方法来解决同一问题。它在1×、1.5×或2×模式下运行，可为PWF1 LED提供恒定电流，同时电压可以升高或降低。外部元件只有四个小陶瓷电容和两个较小的电阻。LTC3453可提供高达500mA的LED闪光灯电流，而LTC3216可为PWF1提供800mA的LED闪光灯电流。

恒流恒压转换器LT1618（图3）具有特有的电流检测放大器，能够从输入端或输出端进行电流采样。该升压转换器通过将LED从输出端接回输入端，实现了降压-升压功能，提供高达500mA的LED闪光灯电流。针对成本敏感型应用，LT1618解决方案可提供出色的性能。

LXCL-PWF2 升压驱动器

为了显著提升光输出，Lumileds LXCL-PWF2 Luxeon Flash LED在单个裸片上堆叠了两个串联PWF1。这种设计在相同LED电流下可实现PWF1两倍的光输出，但正向电压也相应增加一倍。

LXCL-PWF2的更高正向电压始终高于电池电压范围，因此采用升压解决方案即可满足需求。LT3479可为PWF2提供高达700mA的闪光灯电流（图4）。LT1618配置为“仅升压”时，可通过PWF2提供350mA的闪光灯电流。凭借从外部降低误差放大器基准电压的能力，LT3479通过连接至反馈引脚的检测电阻来直接驱动LED电流，而不会影响效率。

为了关闭LED，需要一个具有输出断开功能的MOSFET。即使低边开关断开，升压调节器也能提供从输入到输出的直接路径。LED即使在非常小的正向电流下也会发光，因此需要完全断开接地路径。通过将FET与LED串联，而不是放在FB和GND之间，LED电流和反馈电压不会受到影响，出色的调节能力得以保持。

作者

Keith Szolusha

Keith Szolusha 是位于加利福尼亚州苗必达的ADI公司（前凌力尔特公司）LED驱动器应用经理。他于1997年和1998年获得马萨诸塞州剑桥麻省理工学院的电子工程学士和电子工程硕士学位，专攻技术写作。