超级电容器解决高分辨率相机的LED闪光电源问题
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超级电容器解决高分辨率相机的LED闪光电源问题  2012/3/1
高于2M像素的相机在暗光条件下,为了保证良好的图像,需要一个高度闪光。然而,电池会造成系统限制,它不能提供LED光输出所需的大电流脉冲,而这是高分辨率图像所需的。传统的LED闪光驱动器采用电流控制模式的升压转换器(见图1)。做为一个实例,考虑通过2个并联LED驱动1A(每个LED)的情况,用强均匀光在2米内大约产生201ux。升压转换器的输出电压等于LED正向电压加跨接在电流感测电阻器上的电压。最大正向电压为4.8V,假定跨接在电

高于2M像素的相机在暗光条件下,为了保证良好的图像,需要一个高度闪光。然而,电池会造成系统限制,它不能提供LED光输出所需的大电流脉冲,而这是高分辨率图像所需的。

传统的LED闪光驱动器采用电流控制模式的升压转换器(见图1)。做为一个实例,考虑通过2个并联LED驱动1A(每个LED)的情况,用强均匀光在2米内大约产生201ux。升压转换器的输出电压等于LED正向电压加跨接在电流感测电阻器上的电压。最大正向电压为4.8V,假定跨接在电流感测电阻器上的电压为200mV,则升压转换器输出电压为5V。假定相机电池电压为3.3V(有负载)、升压转换器效率为85%,在此情况下,电池电流应该是5V/3.3V/85%×2A=3.6A,这超过了一般移动电话电池的能力。

替代方案是用氙闪光,但这需要:(1)蓄电电容器,这对移动电话形状因数来讲,其体积是相当大的;(2)高电压,这会引起电路和安全问题。而用LED闪光,同样的LED电路可以用在视频Capture/Torch功能的较低电流中。

为了克服功率限制,一些相机电源采用长闪光曝光时间来补充无光条件,因此,增加总的光能量,但会导致图像模糊。

设计方案

有两种方案能提供足够的LED闪光功率,消除无光条件下暗和模糊图像。具有高C值(1F或更大)和低ESR(小于100mΩ)的CAP-XX超级电容器能支持电池工作,并提供LED所需的脉冲功率,而这种薄的(1~3mm)棱柱形形状因数的电容器。适合于空间受限制的应用(如相机手机)。

方案1:超级电容器放置在升压转换器或电荷泵的输出

图2示出CAP-XX的低成本电流限制电荷泵预充电超级电容器到5.5V左右。一旦充电超级电容器,使电流开关提供高电流闪光脉冲,其能量和功率来自超级电容器,而不是电池和电荷泵。在闪光脉冲期间,电荷泵可以使能或禁止。电荷泵使电流限制到300mA左右。在Torch模式,电荷泵保持低能,而电池和电荷泵可以提供小于电荷泵电流限制的恒定电流。

在参考设计中,选择最大功率光亮LED(Lumileds LXCL-PWF1),可以处理1A峰值脉冲电流(小于200ms)。电路中,要驱动4个PWF1每个900mA。

下面简述图3所示的电路。当首先加上电源时,Fash/Torch选择必须是低态或浮置,这样U1的引脚5(EN)通过R6拉到高态。根据超级电容器的数值,在超级电容器以0V到充满电前需要等10~15秒。在超级电容器处于0V时,有一个大的侵入电流,直到它充电到电压≥Vim为止,在电荷泵输出像是短路。R11

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