LED閃光燈驅動的中心議題：

• 高效的相機閃光燈LED驅動係統設計
• LED故障檢測

LED閃光燈驅動的解決方案：

• 閃光燈LED串聯電流檢測電阻
  ，並通過升壓轉換器驅動
• 使用自適應電流阱和檢測的改進型LED驅動
• TPS61310電影照明/閃光燈驅動器

摘要
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。


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。

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(tiao) LED 通道都要求一個電阻。

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。
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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 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，zheshiyinweishengyazhuanhuanqidedianyabi。rucigaodedianliuhuishidianchidianyajijuxiajiang。qianyayuzhijiancejizhihuifangzhixitongzaizhezhongqingkuangxiachuxianguzhang。zaishanguangdengkaiqishiyouyudidianchidianyadianhuahuichediguanji，zheshiyizhongfeichangzaogaodeyonghutiyan。changyongdejiejuefanganshizaididianchidianyazhuangtaishirangxiangjiruanjianguanbishanguangdeng

，xiangbizhixiabushiyongshanguangdeyonghutiyanhaibuzhiyutaihuai。 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。

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。

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
驅qu動dong高gao脈mai衝chong電dian流liu時shi，聚ju光guang燈deng為wei安an全quan無wu故gu障zhang運yun行xing。移yi動dong電dian話hua廠chang商shang迫po切qie要yao求qiu一yi種zhong無wu縫feng係xi統tong集ji成cheng解jie決jue方fang案an。因yin此ci這zhe就jiu要yao求qiu一yi種zhong特te性xing集ji，而er不bu僅jin僅jin是shi標biao準zhun安an全quan運yun行xing特te性xing
，例li如ru：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guo I2C 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。
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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。