大功率白光LED閃光燈

移動(dòng)電話、PDA與一般的可攜式設(shè)備都必須在小尺寸的限制中滿足持續(xù)增加的功能需求。整合了影像與視頻的相機(jī)正成為可攜式產(chǎn)品最流行的功能需求。而支援相機(jī)的閃光燈功能則是決定效能與功耗的關(guān)鍵。本文將探討如何提升閃光燈功能，并展示一完整的設(shè)計(jì)方案，以說明如何驅(qū)動(dòng)大功率白光LED。

閃光燈
可攜式裝置的功能整合，例如結(jié)合PDA與移動(dòng)電話等等功能，是當(dāng)前正在發(fā)生的最新趨勢(shì)。時(shí)至今日，若無法為原本僅能用于接收及發(fā)話的移動(dòng)電話以及一些「史前時(shí)代」的終端裝置添加新功能的話，則整合將是非常難以達(dá)成的目標(biāo)。這包括MP3/MP4播放器；有線（USB與USB-OTG）；紅外線（IrDA）、藍(lán)芽、Wi-Fi、GPS等無線連接；以及最近熱門的數(shù)字視頻廣播等，都是最新的行動(dòng)電話所內(nèi)建的主要、且極具吸引力的功能。

然而，目前每一種最新款的手機(jī)，幾乎都已內(nèi)建了大多數(shù)的通用功能，例如可獲取靜態(tài)影像或搭載視訊電話通話功能的高品質(zhì)攝影相機(jī)模組。過去，由于相機(jī)模組的影像解析度相當(dāng)?shù)?，因此它?jīng)常被當(dāng)作簡單的玩具，但現(xiàn)在，相機(jī)模組的精密度大幅提升，在影像解析度上已直逼最先進(jìn)的數(shù)字相機(jī)。由于相機(jī)模組需要能夠在低照明環(huán)境下操作的光源，加上最新的高解析度相機(jī)需要更高的流明與亮度，因此，內(nèi)建的閃光燈功能提供了重要功能，并推動(dòng)了整體相機(jī)模組的應(yīng)用。

早期內(nèi)建在移動(dòng)電話中的閃光燈僅僅提供娛樂型閃光燈功能，因?yàn)樗鼈兲峁┑呐臄z結(jié)果幾乎與沒有閃光燈相同。為了支援最新的高解析度相機(jī)，讓最終產(chǎn)品能吸引并滿足終端用戶的需求，其照明功能必須獲得更佳的決定性攝影效能。本文接著將探討兩種實(shí)現(xiàn)閃光燈的不同方法。

實(shí)現(xiàn)閃光燈功能
目前閃光燈照明共有兩種選擇：
(1)閃光燈；
(2)LEDs。
(圖一)為一個(gè)閃光燈模型。其燈炮是由一個(gè)充滿氙氣的玻璃外殼構(gòu)成。當(dāng)電極被觸發(fā)時(shí)，其正極與負(fù)極都會(huì)注滿氣體，而非連接到燈泡表面。

當(dāng)氙氣的電氣阻抗降到極低值的時(shí)候，由大量電流產(chǎn)生的可見光會(huì)從正極流向負(fù)極?？赏高^觸發(fā)電極來實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能。該功能提供了高達(dá)千伏的高電壓峰值，從而將氙氣離子化，并使其成為低阻抗?fàn)顟B(tài)。

此閃光燈具備高品質(zhì)影像效能所需的杰出特性。其輸出的光照非常密集，而且很容易擴(kuò)散到廣大區(qū)域中。此外，由于閃光燈的色溫大約為5500～6000°K，這與自然光的溫度非常接近，因此無需做任何色彩校正。

另一方面，由于輸出的光照牽涉到非常高的能級(jí)（energy level），在正極上通常需要數(shù)百伏特，因此需要一些時(shí)間來升高電池電壓，以符合行動(dòng)電話的供電需求。

連續(xù)兩次時(shí)間范圍為1～5秒的閃光功能，所需之標(biāo)準(zhǔn)充電時(shí)間是依照輸入功率、電容值、充電電路特性與所需能源等項(xiàng)目而定。閃光燈的照度可能僅僅是能讓閃光燈成為靜態(tài)影像閃光燈良好解決方案的脈沖，但并不適合視訊應(yīng)用。

此外，由于氙氣閃光燈管及其附加的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)具有空間限制的行動(dòng)電話來說，是相當(dāng)占空間的；同時(shí)，由于觸發(fā)氙氣需要更高且更危險(xiǎn)的電壓，以提供足夠的能源總量來輸出光照，因此必須使用一個(gè)精確但昂貴的設(shè)計(jì)，這些因素都限制了閃光燈在移動(dòng)電話中的應(yīng)用。

針對(duì)上述原因，移動(dòng)電話制造商逐漸轉(zhuǎn)向采用白光LED做為閃光燈的光源。

LED可提供連續(xù)光照，因此相當(dāng)適合在低照明條件下做為視頻電話的閃光燈光源，另外，LED所需的驅(qū)動(dòng)電路也相當(dāng)簡單，而且較閃光燈泡便宜許多。

入門級(jí)的照相手機(jī)解析度通常在次百萬（sub-Mega）畫素范圍內(nèi)，這些手機(jī)通常內(nèi)建照明能力相對(duì)較低的標(biāo)準(zhǔn)白光LED。正因?yàn)槿绱?，無論是串聯(lián)或是并聯(lián)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)白光LED，都必須提供能獲取影像的最低限度光源，否則所拍攝的影像會(huì)幾乎看不見而無法使用。

標(biāo)準(zhǔn)的白光LED具備從3.2V～4.5V的標(biāo)準(zhǔn)前向電壓，而驅(qū)動(dòng)它們的單一電源通常在充飽電時(shí)電壓范圍會(huì)達(dá)到4.2V；而在放電時(shí)則會(huì)降低至2.8V～2.7V的鋰離子電池。

標(biāo)準(zhǔn)的白光LED通常使用步進(jìn)式（升壓）DC-DC轉(zhuǎn)換器或電荷幫浦（Charge Pump）來驅(qū)動(dòng)。兩種解決方案都必須控制穿過LED的前向電流，而此一前向電流與照明強(qiáng)度成正比。本文接著將同時(shí)探討上述兩種方法。