新型手機拍攝用閃光燈電源電

目前市場上流行的網易拍、家用小型數(shù)碼相機以及個人數(shù)字助理和手機上附設的數(shù)碼相機等外設，在拍攝時大多利用自然光自動測光拍攝。這使得這些數(shù)碼照相和攝像機只有在白天或光線比較充裕的條件下才能進行拍攝。之所以出現(xiàn)這種情況，究其原因，不外乎兩條：一是附加閃光電路的成本問題，二是傳統(tǒng)閃光電路體積尺寸太大，幾乎無法嵌入網易拍和手機之中。為此，本文介紹一種用于手機拍攝的、微型、低成本的閃光燈電源電路。該電路的附加元器件材料成本不足30元，體積不足鈕扣般大小，很好地解決了上述數(shù)碼相機附加閃光燈電路的成本和體積問題。


主要特點

這種新型手機拍攝用閃光燈電源電路選用美國MAXIM公司最新推出的DC-DC電源轉換集成電路MAX1583來實現(xiàn)。這是MAXIM公司不久前剛剛推出的一種新器件，它能以很大的穩(wěn)定電流驅動5個串聯(lián)白色LED，因而可用在手機、PDA以及其它手持設備中照相機閃光燈的電源控制集成電路中。 

MAX1583芯片內部集成有1MHz、24V的DC-DC升壓轉換器和高壓低壓差（LDO）電流調節(jié)器，工作電壓范圍為2.6V～5.5V。MAX1583具有關斷、攝像、預充電和閃光等4種工作模式，其中關斷模式下的最大耗散電流為0.5 A，攝像模式下的輸出電流通過編程最高可達100mA，預充電模式可在LED關閉后再次將充電電容的電壓充至24V，閃光模式主要用于曝光時閃光燈的開啟，閃光電流則可通過編程來實現(xiàn)（最高可達300mA）。MAX1583的這些工作模式均可通過芯片上的兩個邏輯輸入端來進行選擇。此外，MAX1583還具有過電壓和過熱關斷保護功能。

MAX1583采用小型10引腳TDFN封裝形式（芯片尺寸僅3mm 3mm），工作溫度范圍為 40 C ～ +85 C。MAX1583的輸入電流可在設計時將其設置為三個不同的值，分別為MAX1583X (1A)、 MAX1583Y (500mA)和MAX1583Z(250mA)。MAX1583的主要特點如下：

（1）支持5只LED的開通或閃光操作

（2）具有閃光（300mA）、預充電、攝像（100mA）和關斷（此時靜態(tài)電流僅0.01 A）四種操作模式

（3）有三種電流限制可選，分別為：1A（MAX1583X）、500mA(MAX1583Y)和250mA(MAX1583Z)

（4）外部電路十分簡單

（5）具有2.6V～5.5V的寬輸入電壓范圍

（6）帶有24V輸出過電壓保護功能

（7）攝像模式時，其功率轉換效率可高達80％

（8）片內帶有關斷保護功能


功能結構

MAX1583采用10引腳TDFN封裝的引腳排列圖如圖1所示。各引腳的主要功能如下：

1腳（Ground）， 接地端，設計時通常將該段連接到芯片表面各引腳中間的裸露部分。

2腳（IN），電源電壓輸入腳，輸入電壓范圍為2.6V～5.5V，設計時，應在該引腳和接地端子間連接一個4.7 F的陶瓷電容以進行旁路。

3腳（MOV），攝像模式電流設置輸入，在MOV和接地端連接一個電阻可對設想模式時的LED電流進行設置，具體方法是：

RMOV＝60/ILED 

但應注意，設計時，RMOV應大于600K 。

4腳（STB），閃光模式時的操作電流設置輸入引腳，在STB腳和接地端連接一個電阻可設置閃光模式時的LED電流，具體方法是：
RSTB＝600/ILED 
設計時，RSTB 一般應大于2K 。

5腳（POK），電源好輸出引腳。在預充電模式，該腳下拉到地電平；而當VOUT電壓達到24V時，該引腳變?yōu)楦咦杩範顟B(tài)。

6、7腳（EN1，EN2），操作模式設定使能引腳，這兩個引腳的邏輯狀態(tài)可用于設置MAX1583的操作模式，具體設置方法如表1所列。

腳（OUT），輸出電壓檢測引腳，一旦電路中的輸出電壓VOUT高于24V，MAX1583中的轉換電路馬上停止工作；而當VOUT電壓將至23.5V，轉換電路將隨之啟動。

9腳（LED），LED開關輸入，設計時，可將該段接至串聯(lián)LED的負極，并在攝像模式時將該端電壓調節(jié)到0.6V。實際上，在關斷模式和預充電模式，該段呈現(xiàn)高阻抗。

10腳（LX），電感連接端，該端內部與片內功率MOSFET的漏極相連，外部則與一個電感器相連。在電路關斷期間，LX腳為高阻態(tài)。
另外，在MAX1583芯片引腳表面一側的中間，還設計了一片裸漏的部分，該部分通常與電路的接地端相連。

MAX1583芯片內部含有轉換控制、電路調節(jié)、使能解碼、電壓參考、過熱保護以及電源準備好等電路，同時含有限流比較器、電源準備好比較器、攝像模式反饋比較器等。圖2所示是MAX1583的內部結構原理圖。


手機拍攝用閃光燈電路電路設計

用MAX1583的手機拍攝閃光燈電源電路如圖3所示。由圖可見，該閃光燈電路十分簡單，它只需要幾個電容和電阻，以及一個電感、一個肖特基二極管便可驅動白色LED。下面對該電路的設計過程作一簡要說明。

LED電流的調整

圖3電路在閃光和攝像模式時的LED電流可通過外部電阻來進行調節(jié)。

在閃光模式，LED電流的大小由位于STB和GND之間的電阻RSTB來設置。在該模式，芯片STB端的電壓VSTB應調至0.6V，此時，LED中流過的電流與STB腳電流的增益比理論上可以達到1000。而實際上，通過RSTB設置LED電流的大小由下式給出比較合適：

RSTB=600/ILED(DESIRED)

而在攝像模式，LED電流的大小則由位于MOV和GND之間的電阻RMOV來決定。該模式時，芯片MOV端的電壓VMOV亦應調至0.6V，但其LED電流與MOV腳電流的理論增益則為100，通過RMOV設置LED電流的實際計算公式應為：

RMOV=60/ ILED(DESIRED)

充電電容器及電流限制

在閃光模式，MAX1583中的電流必須經過快速轉換器處理才能獲取所需的LED閃光電流。但MAX1583有250mA、500mA及1A等三個出廠預設電流限制。因此，電路在工作時，一旦LED電流高于芯片的電流門限值，MAX1583內部的MOSFET將在極短時間內關斷以使輸出電流下降，從而完成一次閃光操作。實際上，設計時可通過OUT和GND 之間的充電電容來獲得更大的LED電流，該充電電容器的電容值可由下式計算：

CRES=(ILED IBOOST)tSTROBE /(24V-nVF)

式中， ILED是所需的LED閃光電流，IBOOST是轉換控制器的最大電流，tSTROBE是閃光持續(xù)的時間，n是電路中串聯(lián)的白色LED個數(shù)，VF是LED的正向壓降。

假如圖3電路中MAX1583的最小輸入電壓為3.2V，所需的LED閃光電流為100mA， MAX1583的轉換控制電流設定為75mA，兩個串連在一起的LED的正向電壓為4V，希望閃光持續(xù)的時間為30ms，那么，充電電容CRES則可由下式決定：

CRES=(100mA 75mA) 30mA/[24V-(2 4V)]＝47 F

輸入電容選擇

電路中的陶瓷電容C1主要用于輸入旁路，該電容應盡量靠近芯片。值得注意的是：不同芯片所用的輸入旁路電容器的電容值有所不同，MAX1583X所需的旁路電容值為22 F， MAX1583Y所需的旁路電容值為10 F，而MAX1583Z則只需4 F就可以了。

輸出電容選擇

閃光模式時所需的輸出電容的容量應由所需的LED電流及脈沖周期來決定。需注意的是：輸出電容的耐壓必須大于25V。另外，設計時還應在整個串聯(lián)LED的兩端跨接一個0.1 F/25V的儲能電容器。

電感的選擇

電路中的電感選擇范圍一般為4.7 H~47 H。當輸入電壓接近5V時，使用較大的電感會取得更好的效果。設計時，為了保證其中心飽和度，應確保電感的額定飽和電流不小于MAX1583的限制電流（250mA，500mA，1A）。

肖特基二極管的選擇

在電路中MAX1583的LX端外接一個高速整流二極管D1能夠達到更好的效果。最好采用快恢復和前向壓降較小的二極管。同時應確保二極管的平均電流和峰值電流分別高于MAX1583的平均輸出電流和限制電流（250mA，500mA，1A）。另外，二極管的反向擊穿電壓也必須高于電路的輸出電壓VOUT。

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