为拍照手机选择合适的闪光灯驱动方案

如今拍照功能已经是手机的标准配置。中国市场上以30万跟130万像素为主，并有往更高像素发展的趋势。例如，最近有不少机型提供了200万或者320万像素配置，而且还能拍摄视频短片，以及使用可插拔的存储卡。在某些产品中，甚至还集成了自动对焦和其它相机功能，也有制造商已经在研发600万或700万像素的可拍照手机。

可拍照手机有取代传统中低端数码相机的趋势，并且消费者期望能够在低光照亮度的条件下拍摄高质量的照片，因而采用Flash LED作为闪光灯是提高数码相机性能的重要措施。Flash LED的光学特性决定它既可以作为拍照的闪光应用，也可以用于视频拍摄时补光，甚至是用于照明的电筒应用。因此Flash LED在手机中的应用将会越来越普遍，表1为Flash LED作为闪光灯在手机LED应用中的比例走势。



表1 Flash LED比例趋势

当前在可拍照手机中使用的大多数数码相机模块具有50"60°的视角，需要至少3到5勒克斯(Lux)的亮度以获得好的照片。因此，一个光照角度为50"80°的照相闪光灯是最佳选择。光照角度超过80°将造成一部分光线落到相机覆盖区域之外，从而降低LED光输出的利用率。相反，一个具有更小光照角度的闪光灯可能导致拍摄的照片边角出现暗区。

闪光灯照明的必要时间长度由具体相机模块的特定要求决定。只要照明时间不短于模块的成像时间，就不会影响照相效果。一般而言，200"300ms的照明时间就足够了

LED是电流驱动器件，其光输出由通过的正向电流决定。目前市面上的LED驱动器件以带电感的DC/DC和电容方式的电荷泵为主，而后者因其小体积和低噪声的特点，特别适用于手机应用，将是手机相机闪光灯驱动的首选。Sipex公司提供一系列的Flash LED驱动器件，电流由几十毫安到1.2安，满足当前Flash LED的电流需求。下面将分别描述其特点及应用电路：

1)SP7614A——适用于30万或者130万像素相机，提供100mA以下闪光电流，图1为其应用电路：



图1 SP7614A Flash LED驱动

SP7614A采用SC70封装，外围器件仅需要一个电阻来设置Flash LED最大电流(公式1)，整个方案占板面积小，可以通过VControl或者Enable来控制闪光电流。

IFlash = 400 * (VControl – VCtrl) / RSet ①

2)SP6682/3 ——适用于130万像素相机，提供100-300mA闪光电流，图2为应用电路：



图2 SP6682/3 Flash LED驱动

SP6682/3是采用恒流控制技术的电荷泵器件，FB反馈电压为300mV，从而减少反馈电阻上的损耗，可选择0603封装电阻，负载端的效率比恒压输出方案的高，闪光的最大电流由公式2决定：

IFlash = 300mV/ RB ②

3)SP6686、SP6685和SP7685系列产品可提供300mA至1.2A闪光电流，适用于200万像素及以上相机应用，图3为该系列产品的典型应用电路：



图3 SP6686、SP6685和SP7685应用电路

SP6686能提供400mA输出电流，SP6685提供700mA，而SP7685的驱动电流高达1.2A

这一系列产品的特点有：

* 业界最高的2.4MHZ开关频率

* 恒流Flash LED驱动，采样点反馈电压（Vfb）仅为50mV

* 支持闪光、常亮2种模式

* 可以使用PWM来调节亮度（3级以上调光）

* 支持1X和2X两种升压模式，内部自动切换

* 内置过压、过流和过温保护功能

* 闪光模式下2.6秒自动关断（SP7685）

LED电流通过外部电阻来设定，Rsense用于设置电筒模式电流（Flash Pin 接低电平），Rset用于设置闪光模式电流（Flash Pin 接高电平），电筒模式和闪光模式电流分别由公式3、4决定：

ITorch=50mV/RSense ③

IFlash= ④

图4、5分别是SP6686在150mA电筒模式和400mA闪光模式时的效率曲线：



图4 150mA电筒模式效率（Cin=2.2?F，CFC=0.47?F，Cout=1.0?F）



图5 400mA闪光模式效率（Cin=2.2?F，CFC=0.47?F，Cout=1.0?F）

另外，随着LED技术的改进，Flash LED的工作电压（Vf）也会越来越低，Vf值在3.4V以下的Flash LED很快会推出，而目前手机锂电池的关机电压一般在3.5V，所以日后在闪光灯的解决方案中将不再需要升压方式，因此Sipex公司推出一批线性的控制器件，如SP7618和SP7619/SP7619A。

该系列产品采用线性控制方式，避免了升压器件需要开关操作所带来的EMI干扰，而且不需要外围器件，LED电流的设定全部内置，进一步节省PCB面积，图6是SP7618的应用电路：



图6 SP7618应用电路

SP7618内置DAC，通过施加脉冲信号到CTRL脚来设定LED电流，每一个脉冲增加33.33mA，LED电流可以由0到最大1033mA随意设定，当LED电流大于266mA时将启动定时保护功能（芯片在4秒后会自动关断）。

而SP7619/SP7619A是内置200mA/500mA (SP7619A是200mA/700mA) 两级电流的线性LED驱动器件，通过CTRL来选择输出电流的大小，CTRL接地输出200mA；CTRL接高电平则输出500mA或者700mA电流，在这一模式下芯片自带4秒自动关断功能。图7为其应用电路：



图7 SP7619/SP7619A应用电路

总结：手机Flash LED驱动方案的基本要求就是体积小、效率高。Sipex公司一系列的电流型Flash LED驱动器件，外围元件少，可以提供极小面积的整体解决方案，同时主要采用DFN这种热性能良好的封装，非常适合手机这种空间极为有限的应用场合。