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针对高分辨率照相手机的LED闪光灯超级电容参考设计

时间:10-18 来源:EDN 点击:

超级电容带来的好处

  超级电容可以大于500k的周期在数秒内完成再充电,并将电能储存在静电场中。由于完全充满电时只有大负载电流才可能把电压降得过低,因此超级电容的使用也减少了ESR和阻抗。

  超级电容可以制造成任何尺寸和外形,不管是扁平型还是小尺寸。超级电容还具有很长的寿命(10~12年)。与电池不同,它们具有非破坏性的开路(高ESR)故障模式。如果一个过高电压施加到该器件上,唯一的后果是ESR的轻微增加,并最终演变到开路状态。整个过程不会起火、起烟或爆炸。

  设计解决方案

  
超级电容供电的LED闪光灯单元可以驱动大电流LED,它提供的闪光亮度是标准电池供电LED闪光灯单元的许多倍,或持续时间超过氙气灯。如图1所示,AAT1282含有一个升压转换器,它用来将3.2~4.2V电池输入电压提升到稳定的5.5V。如果电池电压为3.5V,且升压转换器效率是90%,那么电池需要提供3A以上的电流,才能维持一个2A闪光脉冲。这不是会导致电池保护电路关断电池,就是会引起一个低电压关断,而此时电池仍具有大量的电能。

图1 用超级电容为LED供电


  这一解决方案还提供一些闪光灯管理功能,如电影模式和超级电容充电功能。该解决方案控制和调节来自手机电池源的电流、提升电池电压和管理超级电容的充电,以控制和提供终端应用中的LED闪光灯所需要的大电流。

  为更好地实现这一目标, AAT1282具有防止启动时过大尖峰电流冲击的内置电路、一个固定的800mA输入电流限制器、以及一个超级电容充满电后的负载断开电路。其输出电压受限于内部过压保护电路,可防止转换器和超级电容免受一个开路LED(开路条件下)的损害。

  在开路状态期间,输出电压上升并到达5.5V(典型值),过压保护电路关闭开关电路,阻止输出电压进一步升高。一旦开路状态解除,开关电路马上恢复工作。控制器回归到正常工作状态,并维持一个平均输出电压。一个工业标准I2C串行数字输入接口使能/锁定LED,以及用高达16个针对更低光输出要求的电影模式设置设定电影模式电流。

  一个详细的原理图(见图2)显示超级电容周围只需要少量的元器件。一个0.55F、85mΩ的超级电容与AAT1282 LED闪光灯驱动器一起使用时可提供9W的LED突发电能。为了达到很高的光亮度,LED闪光灯的驱动电流介于1~2A之间。LED上的正向电压(VF)可以上升到4.8V。如果我们包括电流控制电路的200mV开销,你就很容易看到在闪光事件期间总的负载电压是如何上升到5V的,这也证明了5.5V输出电压是有必要的。

图2 AAT1282的详细电路原理


  图3显示了采用2个以1A电流驱动的LED闪光灯和1个以2A电流驱动的LED闪光灯的测试结果。正如所见到的一样,超级电容可以很容易地提供闪光持续120ms所需的电流,同时保持电源电压充分地高于LED的VF电压。在两次闪光之间,超级电容以一个较慢的速率再充电,充电时间在外部设定,可针对不同的电池尺寸和化学原理进行优化。图4显示了闪光功能和电影模式选项的数字控制。

图3 不同驱动条件下的LED闪光测试结果


图4 闪光功能和电影模式选项的数字控制

  结语

  超级电容很少用在便携式系统中。它们的应用通常局限于备份或待机,这些功能使用相对较低电流,并需要相当长充电时间。通过整合最新推出的升压转换器和超级电容,设计师现在可以创建紧凑的解决方案。

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