選擇白光LED閃燈驅(qū)動器的方法

光輸出的優(yōu)化

LED閃燈驅(qū)動器的光輸出優(yōu)化牽涉兩個主要因素(假如包括成本便是三個)：手機(jī)圖像處理器要求的光照度，以及有多少的功率可以用來作照明?就一個給定的輸入功率預(yù)算而言，有三個途徑可提高閃燈的亮度以幫助設(shè)計(jì)人員達(dá)到所需的照明要求，這就是LED的選擇、LED電流驅(qū)動和LED配置，它們在閃燈LED驅(qū)動器優(yōu)化上均扮演舉足輕重的角色。

選擇LED

如上述所提及的第一個優(yōu)化元素，就是要選擇一個具有高發(fā)光效率的LED。一個具備較高光效的LED可在一個給定的功率下放射出更大的光通量(流明)。在一個給定的電流下，發(fā)光效率等如LED光通量除以LED驅(qū)動電流與順向電壓的乘積。光通量曲線可以在大部份的LED制造商所提供的規(guī)格表中找到1。
當(dāng)選擇LED時，手機(jī)設(shè)計(jì)人員不要只單單考慮LED的光學(xué)性能，而必須同時考慮LED的尺寸和成本，以及務(wù)求將LED光照度提升到最高的鏡片復(fù)雜度。

提高驅(qū)動電流

選好LED之后，第２個可增加光輸出的途徑是提升實(shí)際的驅(qū)動電流。使用圖2中的光通量曲線，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)二極管電流從500mA提升到1A時會大概會有30流明的光輸出量增加?？墒?，增加二極管電流也會帶來一些反效果。假如將二極管電流增大一倍，所增加的二極管電流和順向電壓便會導(dǎo)致LED的功率增加超過一倍，而這種LED功率提升，會使系統(tǒng)對輸入功率的要求提高。圖3表示出順向電流對LED順向電壓的影響。

為了增強(qiáng)LED驅(qū)動器電流系統(tǒng)內(nèi)部的優(yōu)化，必須先建立輸入電流的預(yù)估值。一旦計(jì)算出最低輸入電壓和最大輸入電流的值后，便可從LED順向電壓對LED電流的曲線(圖3)找出數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步計(jì)算出閃燈LED驅(qū)動器的最大允許驅(qū)動電流。
算式3
POUT CONV IIN VIN = ILED VLED + VFEEDBACK
例子
VIN = 3.2V, IIN = 1.5A,CONV = 85% VFEEDBACK = 350mV
輸入功率 = 4.8W，最大輸出功率 = 4.08W
從圖中的曲線可見，在3.6V 和 1A 電流下的LED所產(chǎn)生的輸出功率等如3.95W (PLED + PFEEDBACK) ，這數(shù)值與最大允許值非常接近。

配置

假如選用的已經(jīng)是具備有高光通量和高光效的LED，但在閃燈電流優(yōu)化之后仍達(dá)不到所需的光照度，那么只要在設(shè)計(jì)中加入第２個或第３個LED便可將目標(biāo)拉近。再次參看光通量對LED電流的曲線(圖2)，可以發(fā)現(xiàn)曲線并不是完全的線性。由兩個只用一半閃燈電流操作的LED所產(chǎn)生出來的光通量，將比一個以全閃燈電流操作的LED所能產(chǎn)生的更多。此外，兩個在一半閃燈電流下操作的LED之總功率也較一個全閃燈電流操作的更低。如此一來，便可在既定的輸入功率預(yù)算內(nèi)為兩個LED提供更大的總輸出電流。這兩個LED可以用并列或串行的配置方式來驅(qū)動。

例子

下列3種配置的VFB均為350Mv，而且同樣可產(chǎn)生73流明。
1 LED @ 1A: POUT = (3.6 1A) + (1A 350mV) = 4.08W
2 LEDs @ 350mA(并列l(wèi)):POUT = (3.3V 2 350mA) + (350mA 350mV2) = 2.56W
2 LEDs @ 350mA(串行):POUT = (3.3V 2 350mA) + (350mA 350mV) = 2.43W
下列３種配置的VFB均為350Mv，而且它們的輸出功率均很接近。
1 LED@1A:POUT = (3.6 1A) + (1A 350mV) = 4.08W 73 流明
2 LEDs@525mA(并列):POUT = (3.425V 2 525mA) + (525mA 350mV2) = 3.96W 90 流明
2 LEDs@550mA(串行):POUT = (3.45V 2 550mA) + (550mA350mV) = 3.99W 94 流明

當(dāng)驅(qū)動兩個LED時，串行配置比起并列配置具有更多的優(yōu)點(diǎn)。將兩個LED以串行方式驅(qū)動可確保流經(jīng)兩個閃燈LED的電流均一致。在并列配置中，兩個電流源與LED電流的典型匹配性為1％～3%。但大部份的閃燈驅(qū)動器只有一個電流汲入(current sink)，如果硬把兩個LED連接到單一個電流源/電流汲入時，LED順向電壓的失配便會導(dǎo)致嚴(yán)重的LED電流失配。要解決這個問題，便需加入一個串行鎖流電阻器?？墒?，為LED加入串聯(lián)電阻會同時減低輸出電流的預(yù)算和降低可使用的閃燈電流量，以致出來的閃光較弱。此外，假如串行和并列配置中的LED電流是一樣，驅(qū)動兩個串聯(lián)的LED還可將由電流控制元素(電阻器或電流汲入)所造成的輸出功率耗散減少一半(PFB-Series = ILED VFB and PFB-Parallel = ILED VFB2)。

總結(jié)

為手機(jī)系統(tǒng)加入白光LED照相機(jī)閃燈會牽涉很多設(shè)計(jì)選擇，而在決定閃燈所能占用的電路板空間時，也間接決定了將選用的拓樸結(jié)構(gòu)。此外，傳輸和閃燈啟動接腳之類的功能可讓其他的子系統(tǒng)協(xié)助處理某些電流管理工作和閃燈定時，從而減輕電池和微控制器/處理器的工作壓力。再者，高光學(xué)效率的LED配合高效的升壓轉(zhuǎn)換器可有助提升閃燈系統(tǒng)的光照度。假如單一個LED不足以在昏暗的環(huán)境下提供足夠的照明，可在設(shè)計(jì)中加入第二個LED來解決亮度不足的問題。在選擇LED閃燈驅(qū)動器時，應(yīng)在設(shè)計(jì)初期考慮上述的問題，只要及早解決這些問題，所有煩惱都可一掃而空。