照相手机的LED闪光灯驱动电路设计的改进

刘常富

摘 要：摄影作为一门艺术，手机拍照软件的功能日益强大，使得大众也能够近距离接触。为了获得更高的分辨率与画质，在某些时候就需要利用到闪光灯。如何设计驱动电路使其能够科学化与合理化，达成预期目标是设计人员不得不思考的问题。本文就照相手机的LED闪光灯驱动电路设计的改进做简要阐述。

关键词：照相手机 LED闪光灯 驱动电路设计

中图分类号：TP9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（c）-0141-02

LED驱动电路是提升画质的关键，常用的驱动控制器集成了升压开关与控制电路。而用于续流与电感的二极管是外接的，电路的复杂性在增加的同时，PCB面积也会增大，而相应的成本也会增加，并且能量损耗较大。手机天线与驱动电路距离较近，为解决EMI干扰，常用的方法是单方面提升电压，但是方法的实际应用价值较低。

1 闪光灯的类型与工作原理

闪光灯可以将其分为两个类型，发光二极管与氙灯，二者作用与原理均存在差异。对于氙灯而言，其实质是柱状灯管内充满氙气，阴极与阳极和气体相接触。灯管外部分布有触发电极，通过玻璃外层传送电压脉冲从而使管柱内部的气体离子化，阻抗降低，允许高亮度光源电流在阳极与阴极之间流动。电脉冲减弱的过程，灯管的电压也会持续下降，直到恢复到高阻抗状态，等待下一次触发。

LED灯与型灯泡相似，和白炽灯区别之处在于灯丝温度较低，LED光源产生是利用电子在半导体内部移动，而导致其最终发光的则是将各种杂质添加于发光硅之中上，电流通过时会发出光子。LED作为手机相机闪光灯时可以使用两种不同的连接方式，串联与并联，前者是相同电流流过所有LED，能够获得键盘背光与均匀亮度，主要适用于尺寸较大TFT面板。但是手机相机应用此种方案的不足之处在于储能电容的尺寸大。容量与闪光灯的电流、升压转换器输出电流、串联LED灯数量、闪光时间等存在密切联系。而在选择并联方式时，可以获得更高的亮度，只需要小型电容器进行滤波就能够达成目的。

氙灯与LED应用于手机相机，主要的区别在于前者可以提供更高的亮度，线源输出获得的亮度更加均匀，但是不足之处在于驱动电路复杂。

2 LED闪光灯驱动控制电流方案

驱动电路依据特性可以将其分为恒流型与恒压型，而依据其工作的原理可以将其分为电荷泵电路与Boost电路。其中恒流与恒压型，LED灯是电流驱动型的器件，电流与亮度成正比，恒压型的驱动电路，通常是电阻串联于LED灯，以此确保流过LED的电流稳定，此种方式也能够消除正向电压产生变化时导致的电流变化，LED的亮度能够固定。对于电荷泵与Boost而言，由于手机工作电压是固定的，LED正向电压范围通常要高于手机工作电压的范围，因此在低压与高压输入时，需要利用升压电路将电压升高从而驱动LED。闪光灯在驱动的时候通常会采用两种方式。Boost利用电感用为储能元件，其优点体现在高效率。电荷泵无需外接电感，因此无需考虑电磁干扰等问题，问题解决方案占用的PCB面积较小，工作效率比较低，闪光灯工作的时间非常短，因此不会对电池使用时间造成较大的影响。

3 系统设计

手机LED闪光灯高正向电流与电压，给定电池电压，使得升压器成为了最好的解决方案。大电流驱动时，升压器能够表现出优异的效率，LED则是电流驱动。正向电压会随着温度变化而出现变化，并且其自身也会存在差异。正向电压产生的变化主要是源于其自身生产过程。其变化的范围大大概在20%范围内。

将LED闪光灯串联于电流检测电阻，通过升压器驱动，此方法较为简单。控制升压调节器输出电压，从而使通过外部检测的LED电流能够匹配，但是此方法的不足之处在于无法从电池提供有限电能获得最高光通量。外部检测电阻其功耗非常大，并且其大小受到控制，作用在于即使处于低电流状态，也能够提供可用的电压，从而满足持续照明的需要，为其提供驱动。电流在增加的同时，检测电阻压降上升，功耗就会相应地增加。高精度电阻的功耗额定值较为理想，但是应用成本高，同时也会使体积增大，每条LED通道都要增加电阻。借助电容器升压电路图，电容器升压电荷泵从应用成本方面讲更加合理，PCB板除过电荷泵与LED外，只需要较少容器与电阻，占用的面积小。选择电感升压电路，除过升压与LED外，需要电感器、二极管以及数量不等的电容器与电阻器。考虑到手机的特殊应用，手机相机的镜头、LED显示屏、闪光灯位置通常在手机上方，此位置与手机射频电路距离较小，需要考虑到串扰与防辐射。

4 照相手机的LED闪光灯驱动电路设计改进

针对设计工作存在的问题，解决的方案是集成于照相手机的LED驱动器的电流源，可以对内部电阻进行调节，从而使功耗得以降低。而具體调节的情况需要由LED电流大小来确定。如果LED电流降低，压降能够保持获得足够精度的信号，驱动LED电流不需要较大的电流，但是电流要求其稳定。采用的电流模式在DCM模式下工作，由此可以确保在较低的负载电流下具有较高的工作效率并且无需补偿电路。利用双电流反馈环进行控制，电感电流与负载LED电池反馈环，从而使其能够快速对负载电流做出反应，使负载电流保持稳定。

电源电流在对LED电流进行检测的时候，还需要对LED电流进行调节，而对后者进行调节，主要是通过对电阻进行动态调节。依据产生的电源压降，将其作用为动态调节升压器电压输出的信息。

从电池挤压获得光通量，以往RFPA从移动电话电池获得最高脉冲电流，而随着手机技术的发展，LED闪光灯与处理器供电需要最高电流。比如驱动1.5ALED电流，需要从电池获得3A的电流，原因在于升压器存在转换电压比，高电流导致的后果是节能电池的电压快速下降，而欠阈值检测机制的存在则会避免系统在此种情况下出现问题。闪光灯在开启的时候，电池电压过低就会自动关机，由此会形成非常糟糕的用户体验。解决此问题的方法是，电池处于低电压状态时，相机软件需要关闭闪光灯，而不使用闪光灯则不至于形成糟糕的用户体验。

利用监控电池电压闪光灯驱动技术，在获得稳定的LED电流波形的同时需要避免电池压降过多，闪光灯驱动器控制的对象主要是LED电流下降与上升的顺序，上升环节监控的对象主要是电压。如果输入电压下降到低于设定的阈值之下，器件则需要停止使LED电流持续上升到设定的阈值，而闪光灯的电流则维持实际工作水平。由此也可以确保较小的安全界限，而手机关机的问题也可以避免，同时也能够避免电池周期不可逆压降，电池工作的时间也能够明显增加。

5 结语

通过上述问题与解决方案可以看出，升压倍数与工作效率二者之间是反比关系，工作效率越低的时候，升压的倍数就会越高。而在同一种工作模式下，效率会随着输入电压变化而相应变化，具体表现为输入电压降低的同时，工作效率会相应的提升，从而使电池能够在较大的电压范围内保持高工作效率。因此LED驱动电路在设计的时候，在驱动高脉冲电流时，聚光灯要确保其运行不存在故障，而设计工作人员为手机生产厂商提供了无缝系统集成方案，该方案具有特性集成，安全运行与标准等特性。随着技术的发展，以往手机相机在运行时存在的问题将会获得更好的解决方案，从而为顾客提供更好的用户体验。

参考文献

[1] 苏艺俊，马奎.一种适用于LED驱动的高压稳压电路设计[J].电子技术应用，2017，43（3）：25-28.

[2] 周子睿，葛鹏.双路不等功率恒定电流输出的LED驱动电路设计[J].照明工程学报，2017（28）：102-105.endprint