中心議題：

• 高效的相機閃光燈LED驅動設計
• TPS61310電影照明/閃光燈驅動器

解決方案：

• 高效相機閃光燈LED驅動係統設計
• 從電池擠壓出光通量
• LED故障檢測和過問檢測

LED 已經成為移動電話中電影照明和相機閃光燈的標準解決方案。對於更高畫質和更高分辨率的需求，要求更亮的閃光燈LED 解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。所(suo)麵(mian)臨(lin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)是(shi)如(ru)何(he)通(tong)過(guo)實(shi)現(xian)最(zui)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)來(lai)從(cong)電(dian)池(chi)中(zhong)擠(ji)壓(ya)出(chu)最(zui)佳(jia)的(de)光(guang)通(tong)量(liang)。這(zhe)樣(yang)一(yi)來(lai)
，從(cong)電(dian)池(chi)吸(xi)收(shou)大(da)電(dian)流(liu)的(de)運(yun)行(xing)
，要(yao)求(qiu)具(ju)備(bei)許(xu)多(duo)省(sheng)電(dian)運(yun)行(xing)特(te)性(xing)以(yi)及(ji)一(yi)種(zhong)穩(wen)健(jian)的(de)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)。本(ben)文(wen)將(jiang)介(jie)紹(shao)一(yi)種(zhong)係(xi)統(tong)層(ceng)閃(shan)光(guang)燈(deng)LED 驅動器設計，以及能夠確保係統安全運行和集成的一些特性。

高效的相機閃光燈LED 驅動

高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)相(xiang)機(ji)在(zai)最(zui)低(di)光(guang)照(zhao)環(huan)境(jing)下(xia)，要(yao)求(qiu)有(you)高(gao)亮(liang)度(du)的(de)閃(shan)光(guang)來(lai)完(wan)成(cheng)照(zhao)相(xiang)。客(ke)戶(hu)要(yao)求(qiu)提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)閃(shan)光(guang)燈(deng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)作(zuo)為(wei)手(shou)機(ji)的(de)標(biao)準(zhun)功(gong)能(neng)。安(an)裝(zhuang)閃(shan)光(guang)燈(deng)的(de)移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)一(yi)種(zhong)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)的(de)賣(mai)點(dian)。這(zhe)種(zhong)特(te)性(xing)需(xu)要(yao)高(gao)光(guang)通(tong)量(liang)


，從(cong)而(er)給(gei)高(gao)效(xiao)LED 驅動器係統設計帶來了挑戰。

係統設計

移動電話中閃光燈LED 的de高gao正zheng向xiang電dian壓ya和he電dian流liu以yi及ji給gei定ding的de電dian池chi電dian壓ya，讓rang升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi成cheng為wei最zui佳jia的de解jie決jue方fang案an。驅qu動dong大da電dian流liu時shi
，基ji於yu電dian感gan的de升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi呈cheng現xian出chu令ling人ren滿man意yi的de效xiao率lv。LED　必須為電流驅動，因為正向電壓不僅僅隨溫度而變化
，而且也有其自身的差異。正向電壓的這種變化源自於其生產過程
，其變化範圍為±20%，請參見圖1。

圖1 閃光燈LED VF / IF 圖

將閃光燈LED 與一個電流檢測電阻串聯，然後通過一個升壓轉換器來驅動，這是一種簡單的方法。圖1 描述了這種方法。

圖2使用外部電流檢測電阻的簡單LED 驅動方法

對升壓調節器的輸出電壓進行控製，以匹配通過外部電阻檢測的設定LED 電dian流liu。不bu幸xing的de是shi，這zhe樣yang做zuo會hui讓rang設she計ji人ren員yuan背bei離li要yao從cong電dian池chi提ti供gong的de有you限xian電dian能neng中zhong擠ji壓ya出chu最zui高gao光guang通tong量liang的de目mu標biao。外wai部bu電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu帶dai有you高gao功gong耗hao
，其qi大da小xiao受shou到dao控kong製zhi
，目mu的de是shi在zai低di電dian流liu狀zhuang態tai下xia也ye可ke以yi提ti供gong可ke用yong的de裕yu量liang電dian壓ya，從cong而er為wei持chi續xu的de電dian影ying照zhao明ming提ti供gong驅qu動dong。另ling一yi方fang麵mian
，如ru果guo電dian流liu增zeng加jia
，則ze電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu的de壓ya降jiang升sheng高gao，帶dai來lai大da量liang的de功gong耗hao。另ling外wai，具ju有you理li想xiang功gong耗hao額e定ding值zhi的de高gao精jing度du電dian阻zu較jiao昂ang貴gui，且qie會hui增zeng加jia解jie決jue方fang案an的de體ti積ji，從cong而er每mei條tiaoLED 通道都要求一個電阻。
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因此
，更好的解決方案是一個集成在LED 驅動器中的有源電流阱或者電流源，如圖3 所示。我們可使用一種壓降和由此產生的功耗都得到降低的方法對內部電流檢測電阻進行調節
，具體調節情況取決於LED 電流的大小。如果為低LED 電流，則壓降可以維持足夠的高以獲得精確的檢測信號。

圖3使用自適應電流阱和檢測的改進型LED 驅動方案

電流阱不僅僅檢測LED 電流

，通過動態調節電阻，其還可以對LED 電dian流liu進jin行xing調tiao節jie。所suo產chan生sheng的de電dian流liu阱jing壓ya降jiang作zuo為wei動dong態tai調tiao節jie升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi輸shu出chu電dian壓ya所suo需xu的de信xin息xi，旨zhi在zai任ren何he電dian流liu電dian平ping下xia都dou能neng夠gou將jiang功gong耗hao控kong製zhi在zai一yi個ge可ke接jie收shou的de最zui低di限xian度du。

圖4有源電流檢測與電阻式電流檢測比較

圖4 顯示了使用一個1Ω電阻檢測電流和使用一個調節至400mv 壓降的有源電流檢測方法之間的比較情況。受益於低功耗，有源電流檢測方法明顯有助於更高的係統效率。

從電池擠壓出光通量

過去，RF PA 從移動電話電池吸取最高的脈衝電流。隨著過去5 年間多功能手機的發展，處理器供電和本文重點介紹的閃光燈LED 供電吸取了最高的電流。例如，如果要驅動1.5A 的LED 電流，從電池吸取的電流可高達3A
，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)升(sheng)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)電(dian)壓(ya)比(bi)。如(ru)此(ci)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)會(hui)使(shi)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)急(ji)劇(ju)下(xia)降(jiang)。欠(qian)壓(ya)閾(yu)值(zhi)檢(jian)測(ce)機(ji)製(zhi)會(hui)防(fang)止(zhi)係(xi)統(tong)在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)。在(zai)閃(shan)光(guang)燈(deng)開(kai)啟(qi)時(shi)由(you)於(yu)低(di)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)電(dian)話(hua)會(hui)徹(che)底(di)關(guan)機(ji)，這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)非(fei)常(chang)糟(zao)糕(gao)的(de)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)。常(chang)用(yong)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)在(zai)低(di)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)狀(zhuang)態(tai)時(shi)讓(rang)相(xiang)機(ji)軟(ruan)件(jian)關(guan)閉(bi)閃(shan)光(guang)燈(deng)，相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)不(bu)使(shi)用(yong)閃(shan)光(guang)的(de)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)還(hai)不(bu)至(zhi)於(yu)太(tai)壞(huai)。PMIC　提供的緩慢電池電壓信息刷新率
、電池溫度和老化效應以及更嚴重的不準確性放寬了安全的界限。

如果閃光燈驅動器本身能夠防止電池電壓下降過多，那麼就可以保持較小的安全界限。通過使用一個受控轉換率升高LED 電流
，並在上升期間持續監控電池電壓可以實現這一目標。
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TI 擁有一種監控電池電壓的閃光燈驅動器技術。要獲得穩定的LED 電流波形並且避免過多的電池壓降，閃光燈驅動器要主動控製LED 電流上升/下降順序。在上升階段（上升斜率為25mA/12µs），要對輸入電壓進行監控。如果輸入電壓降至某個設定閾值以下
，則器件即刻停止讓LED 電流進一步上升至該設定閾值，並將閃光燈電流保持在實際電平
，參見圖5。

圖5電池壓降監控

因此，可以保證安全界限非常小，並且手機不會關機。電池周期中的不可逆電池壓降得到避免，並且增加了電池總體工作時間。

安全係統集成

qudonggaomaichongdianliushi
，juguangdengweianquanwuguzhangyunxing。yidongdianhuachangshangpoqieyaoqiuyizhongwufengxitongjichengjiejuefangan。yincizhejiuyaoqiuyizhongtexingji，erbujinjinshibiaozhunanquanyunxingtexing
，liru：電感電流限製、欠壓保護等。TPS61310 閃光燈LED 驅動器擁有這種特性集
，可以用於這種高要求的運行。

LED故障檢測

不僅僅在生產過程中，在器件運行期間也必須檢測到LED 短路，以避免出現危險狀態。檢測這種狀態的一種方法是強製幾毫安的電流正向流動。這種電流可以在亞照明範圍測試LED，因此終端用戶不會察覺到亮度。但是這種方法有一些缺點：LED 廠商通常不會測試亞照明範圍。由於生產的工藝差異
，不僅在LED 類型之間即使在單個LED 類型中都存在巨大的不準確性差異。這可能會帶來漏檢測某個短路LED

，或者偽錯誤檢測。TPS61310 則不一樣。如果一個或者多個LED 工作時出現短路狀態，低側電流阱LED1、LED2、LED3 便bian按an照zhao視shi頻pin照zhao明ming模mo式shi或huo者zhe閃shan光guang燈deng模mo式shi各ge自zi的de設she定ding

，限xian製zhi最zui大da輸shu出chu電dian流liu，增zeng加jia其qi輸shu入ru電dian阻zu來lai防fang止zhi吸xi取qu電dian流liu過guo多duo。另ling外wai，這zhe一yi過guo程cheng受shou到dao監jian控kong，並bing且qie通tong過guoI2C 接口將短路LED 狀態反映給生產期間的測試設備，或者反映給工作中的相機引擎。利用類似方法
，也可以對開路狀態進行檢測。

過溫檢測

一種吸引人的移動電話產品設計在某些情況下卻並不符合最佳熱設計要求。高功耗閃光燈LED 具備有限的允許脈衝處理能力。如果電話暴露在高溫下，和/或由於前麵的閃光操作LED 溫度上升
，電容式熱敏電阻可能會無法處理LED 功率損耗
，從而導致85°C 以上高溫下發光效率的不可逆下降，使用壽命縮短，甚至熄滅。為了消除散熱設計和功能/誘人設計急需之間的差距，TPS61310 允許使用一個NTC 檢測電阻測定一個或多個LED 溫度。如果超出關鍵溫度，則通過軟件降低LED 開/關時間脈衝比
，從而讓LED 可以在閃光燈工作間隙冷卻下來。這種特性也可以用作手指燙傷保護功能。

TPS61310 芯片溫度也同樣受到監控。除了標準的熱關機功能以外，TPS61310還可以向相機引擎提供早期預警功能，以避免熱關機功能被意外觸發，從而為器件冷卻提供空間。

TPS61310電影照明/閃光燈驅動器

TPS61310 能夠驅動一個1.5A 的單
、雙或者三閃光燈LED 應用。諸如電池電壓監控、省電運行功能、可靠LED 短路檢測的專有特性讓其成為閃光燈驅動和電影照明的簡單集成解決方案。通過高速I2C I/F 實現可編程以後，器件擁有最高的跨平台設計靈活性。作為一種選項，專用邏輯輸入可用於零延遲觸發。2x2mm2 芯片級封裝以及無需通過外部組件編程設定電流或閃光燈導通時間帶來了極小的解決方案體積。