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怎么挑选白光LED闪灯驱动器
来源:http://www.car100e.com 作者:www.kb88.com 发布时间:2018-09-24 13:11 浏览量:

  怎么挑选白光LED闪灯驱动器

  作者:◆ 美国国家半导体运用工程师/Greg Lubarsky

导言

  在手机商场中,将高像素的图画处理器整合至手机傍边已差不多成为了规范装备办法。跟着这些图画处理器的分辨率日益进步,业界亦进步对高亮度亮光灯的需求。氙气亮光灯泡向来都是数字照相机的首要照明挑选,但关于移动手机商场来说,在电路板上可供用来安顿非电话功用组件的空间真实有限,致使体积较大的氙气灯计划显得不切实践。幸亏手机制造商最近在高功率白光二极管上有严峻的技能打破,如今白光LED闪灯二极管的制造商现已推出了光输出超越70流明的产品,并且可敷衍超越或相当于1A的脉冲电流。但这些技能打破也为规划人员带来了许多有待处理的问题,包含有多少的电路板空间能够用?有什么与闪灯有关的功用需求添加?闪灯驱动器可用多少功率?需求多少流明才干拍照美丽的相片?只需能回答上述问题,规划人员在挑选闪灯LED驱动器时便能愈加称心如意。

  处理计划的尺度

  手机规划人员需求面临的第一个问题是,终究有多少的电路板空间可让照相机闪灯运用?在LED闪灯驱动器领域中,最遍及的两种升压技能是开关电容器升压(电荷帮浦)和电感式升压。在这两种升压拓朴中,开关电容器的计划一般比较细微,而大部份的开关电容器均由四个陶瓷电容器和两个外部电阻器组成。针对这些运用所主张的电容值为4.7μF,而电压的额定值为10V(有助下降直流偏置损耗)。这些电容器选用0603外型尺度,大部份的电容器制造商均能供给此类产品。选用开关电容器的闪灯驱动器之全体计划尺度一般约为25mm2。例如,选用芯片级封装的美国国家半导体LM2758,其全体计划尺度少于15mm2。此外,开关电容器处理计划还有一个长处,就是极为纤薄。一般视闪灯驱动器的封装办法,电容器一般都是整个计划中最高的组件。

  电感式闪灯驱动器的计划尺度一般比开关电容驱动器的为大,一个典型的电感式闪灯LED驱动器计划大约占用35mm2~40mm2的电路板面积。电感驱动器一般需求两个电容器(输入和输出),它们的均匀电容值为10μF,外型尺度为0805。电感式升压需求具有整流的部份以处理峰值电感器电流和输出电压。在同步升压拓朴中,闪灯集成电路一般整合有一个通路FET(典型为一个PFET),而这种整合一般会使到集成电路的封装尺度比异步处理计划的更大。在异步拓朴中,通路部份是以萧特基二极管(schottky diode)的方法完成。与选用开关电容器的升压比较,电感式升压所多占的空间首要来自电感器自身。关于那些闪灯电流挨近1A的运用,其所需的电感器一般为2.2μH~4.7μF,以及饱和电流有必要大于1.5A。但是,这些电感器的尺度一般都不会少于3mmX 3mm,并且一般都是整个处理计划中最高的组件,1.2mm也是很往常的高度。

  功用特征

  一旦决议了闪灯驱动器的拓朴结构,另一个要面临的问题是规划所需的功用特征。首要需考虑的功用特征是操控接口的类型。根本的闪灯驱动器一般具有两根操控接脚,以履行3~4种不同的操作方法(例如是关机、提示灯、手电筒和闪灯)。假定规划人员不需以动态方法去调整亮度,这些简略的操控部件便足可敷衍。相反地,假定体系要求比较高度的操控,大部份的闪灯电路都包含有某类的串行操控接口。其间一种最遍及的串行接口是内置集成电路(Inter-Integrated Circuit interface, I2C)。I2C或I2C兼容接口不单可操控根本的开/关功用,并且还可让用户动态地设定手电筒和闪灯的亮度。此外,假定规划包含有闪灯稳妥计时、电感器电流约束或过压维护级等功用的话,也可透过I2C接口进行装备。别的,当微操控器/微处理器的通用输入/输出(GPIO)线路不太满足时,这些串行接口便显得更为重要。

  不少LED驱动器包含美国国家半导体的LM3553都供给有额定的操控接脚,以进一步帮忙规划人员处理体系层级的问题。今日的典型图画处理器均具有一根外部亮光灯(strobe/flash)接脚以提示体系正在拍照相片。此一亮光灯信号能够透过闪灯发动(enable)接脚直接连系到多个LED闪灯驱动器,这种图画处理器与LED驱动器之间的直接衔接能够消除一切出现在两个部件之间的推迟,这些推迟一般都是由操控器或软件的约束所引致。

  在体系层级问题方面,如今手机体系需求办理通话/数据传输期间从电池取用的电流量。在通话/数据传输过程中由Tx/Rx功率放大器取用的电流再加上由闪灯驱动器所取用的电流,往往可超越电池所能供给的最大电流量。大部份的手机规划均可答应负载电池电压下降至3.2V而不会进入重设状况(VBATT-LOADED = VBATT_UNLOADED (IBATT * RBATT_ESR))。为了避免由电池的ESR压降所发生的重设,部份比较新的闪灯LED驱动器添加有一根传输接脚(Tx),能够有助削减LED驱动器于通话/数据传输期间所取用的电流。透过参加Tx接脚,闪灯驱动器便可迫使二极管电流在一个很短的时刻内(少于100μs)维持在较低的水平,避免手机在通话期间误进重设状况。

  功率

  功率现已是手机规划的老议题了,只需体系的功率愈高,用户可用的通话时刻便愈长。电感式升压技能可促进驱动器能在宽广的输入电压和输出电流规模下发挥出最高的功率。相反地,开关电容器部件只局限于数个固定的量化增益(2x、1.5x、1x 通路方法),致使在相同的输入规模下,其所能到达的均匀转换器功率比电感式升压的较低。当评价一个LED驱动器时,功率的含义会有点不同。

  转换器功率或是LED驱动功率?
当面临闪灯LED驱动器时,有必要先考虑某些功率上的损耗才干核算出处理计划的真实功率。为了取得一个受操控的闪灯或手电筒/短片拍照灯火LED电流,升压转换器有必要选用一个电流汲入/源(current sink/source)或一个严格操控的参阅电压,再连同一个电阻器去树立负载电流。但是,这两种不同的办法都各有长处和缺陷,有必要留意由这两个办法所带来的功率损耗,都不会包含在升压转换器的功率核算中。但是,全体处理计划或LED的功率则把这些功率损耗考虑在内。
算式1

  算式2

  首要要留意的是,即使是两个不同的转换器均可具有肯定相同的转换器功率,而它们的LED驱动功率也只需5%~10%的不同。换言之,假定两个转换器的功率持平,只需某方由电流调整元素所引致的损耗较低,就是较有功率的转换器。

  LED驱动功率或发光功率?

  但是,单单LED驱动功率并不能全面反映出全体的功用体现。例如假定面前有两个不同的闪灯LED驱动器和两个不同的闪灯LED。第一个驱动器的转换器功率为85%,以及在1A电流下的LED电压为4V,而另一个的转换器功率和LED电压(相同在1A下)则分别为80%和3V。在一个给定的电流下,两个LED所发生的光输出量相同并且一起具有350mV的回馈电压。运用算式1并引证最差状况的输入电压或3.2V作核算,第一个驱动器从电池取用1.6A的电流,而第二个驱动器则只从电池取用1.3A的电流。放下第一个闪灯驱动器具有较高的功率,它需求取用多300mA的电流才干发生出跟第二个闪灯驱动器相同的光输出量。这个比如突显了LED发光功率的影响。在发生光功率方面,比如2中的LED比起比如1中的高33%。

  当闪灯LED驱动器正以接连影片拍照或手电筒照明方法操作时,因为操作的时刻可能比较长,因而转换器的功率便显得很重要,但是在一般的闪灯条件下,因为操作的时刻仅仅瞬间,因而转换器功率的重要性便下降。相反地,这儿比较重视的功率,是能否在一个给定的输入功率下给予闪灯驱动器更大的输出功率以发生亮度更强的亮光。高光效闪灯LED合作高效的闪灯驱动器可尽量削减从电池取用的闪灯电流,以便手机规划人员能更灵敏地为体系的其他部份进行电源办理。

  光输出的优化

  LED闪灯驱动器的光输出优化牵涉两个首要因素(假定包含本钱就是三个):手机图画处理器要求的光照度,以及有多少的功率能够用来作照明?就一个给定的输入功率预算而言,有三个途径可进步闪灯的亮度以帮忙规划人员到达所需的照明要求,这就是LED的挑选、LED电流驱动和LED装备,它们在闪灯LED驱动器优化上均扮演无足轻重的人物。

  挑选LED

  如上述所提及的第一个优化元素,就是要挑选一个具有高发光功率的LED。一个具有较高光效的LED可在一个给定的功率下放射出更大的光通量(流明)。在一个给定的电流下,发光功率等如LED光通量除以LED驱动电流与顺向电压的乘积。光通量曲线能够在大部份的LED制造商所供给的标准表中找到1。
当挑选LED时,手机规划人员不要只单单考虑LED的光学功用,而有必要一起考虑LED的尺度和本钱,以及一定将LED光照度进步到最高的镜片复杂度。

  进步驱动电流

  选好LED之后,第2个可添加光输出的途径是进步实践的驱动电流。运用图2中的光通量曲线,能够发现当二极管电流从500mA进步到1A时会大约会有30流明的光输出量添加。停产1年!首批新能源汽车生产企业清退名单出炉,但是,添加二极管电流也会带来一些反作用。假定将二极管电流增大一倍,所添加的二极管电流和顺向电压便会导致LED的功率添加超越一倍,而这种LED功率进步,会使体系对输入功率的要求进步。图3表示出顺向电流对LED顺向电压的影响。

  为了增强LED驱动器电流体系内部的优化,有必要先树立输入电流的预估值。一旦核算出最低输入电压和最大输入电流的值后,便可从LED顺向电压对LED电流的曲线(图3)找出数据,以进一步核算出闪灯LED驱动器的最大答应驱动电流。
算式3
POUT CONV IIN VIN = ILED VLED + VFEEDBACK
比如
VIN = 3.2V, IIN = 1.5A,CONV = 85% VFEEDBACK = 350mV
输入功率 = 4.8W,最大输出功率 = 4.08W
从图中的曲线可见,在3.6V 和 1A 电流下的LED所发生的输出功率等如3.95W (PLED + PFEEDBACK) ,这数值与最大答应值十分挨近。

  装备

  假定选用的现已是具有有高光通量和高光效的LED,但在闪灯电流优化之后仍达不到所需的光照度,那么只需在规划中参加第2个或第3个LED便可将方针拉近。再次参看光通量对LED电流的曲线(图2),能够发现曲线并不是彻底的线性。由两个只用一半闪灯电流操作的LED所发生出来的光通量,将比一个以全闪灯电流操作的LED所能发生的更多。此外,两个在一半闪灯电流下操作的LED之总功率也较一个全闪灯电流操作的更低。如此一来,便可在既定的输入功率预算内为两个LED供给更大的总输出电流。这两个LED能够用并排或串行的装备办法来驱动。

  比如

  下列3种装备的VFB均为350Mv,并且相同可发生73流明。
1 LED @ 1A: POUT = (3.6 1A) + (1A 350mV) = 4.08W
2 LEDs @ 350mA(并排l):POUT = (3.3V 2 350mA) + (350mA 350mV2) = 2.56W
2 LEDs @ 350mA(串行):POUT = (3.3V 2 350mA) + (350mA 350mV) = 2.43W
下列3种装备的VFB均为350Mv,并且它们的输出功率均很挨近。
1 LED@1A:POUT = (3.6 1A) + (1A 350mV) = 4.08W 73 流明
2 LEDs@525mA(并排):POUT = (3.425V 2 525mA) + (525mA 350mV2) = 3.96W 90 流明
2 LEDs@550mA(串行):POUT = (3.45V 2 550mA) + (550mA350mV) = 3.99W 94 流明

  当驱动两个LED时,串行装备比起并排装备具有更多的长处。将两个LED以串行办法驱动可保证流经两个闪灯LED的电流均共同。在并排装备中,两个电流源与LED电流的典型匹配性为1%~3%。但大部份的闪灯驱动器只需一个电流汲入(current sink),假定硬把两个LED衔接到单一个电流源/电流汲入时,LED顺向电压的失配便会导致严峻的LED电流失配。要处理这个问题,便需参加一个串行锁流电阻器。但是,为LED参加串联电阻会一起减低输出电流的预算和下降可运用的闪灯电流量,致使出来的亮光较弱。此外,假定串行和并排装备中的LED电流是相同,驱动两个串联的LED还可将由电流操控元素(电阻器或电流汲入)所形成的输出功率耗散削减一半(PFB-Series = ILED VFB and PFB-Parallel = ILED VFB2)。

  总结

  为手机体系参加白光LED照相机闪灯会牵涉许多规划挑选,而在决议闪灯所能占用的电路板空间时,也直接决议了将选用的拓朴结构。此外,传输和闪灯发动接脚之类的功用可让其他的子体系帮忙处理某些电流办理工作和闪灯守时,然后减轻电池和微操控器/处理器的工作压力。再者,高光学功率的LED合作高效的升压转换器可有助进步闪灯体系的光照度。假定单一个LED缺乏以在暗淡的环境下供给满足的照明,可在规划中参加第二个LED来处理亮度缺乏的问题。在挑选LED闪灯驱动器时,应在规划初期考虑上述的问题,只需及早处理这些问题,一切烦恼都可一网打尽。
 

  

   白光LED闪灯驱动器


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