盡管氙燈在標(biāo)準(zhǔn)照相機(jī)市場(chǎng)占有統(tǒng)治地位，但是它們卻不適合用在手機(jī)上。氙燈的儲(chǔ)能電容太大，電壓也太高，所以不適合用在移動(dòng)電話(huà)上。當(dāng)必須用一個(gè)閃光燈給一個(gè)要拍攝的景色照明時(shí)，用白光LED半導(dǎo)體器件比較合適。本文介紹了氙燈的基本概念，并詳細(xì)介紹了一個(gè)典型的白光LED閃光燈的應(yīng)用。

氙燈的概念

在低壓情況下將一個(gè)稀有氣體的混合物，充到一個(gè)兩端有電極的玻璃瓶中。穩(wěn)定狀態(tài)下，電極兩端的電壓值被設(shè)成遠(yuǎn)低于觸發(fā)電壓，如圖1所示。在這一點(diǎn)，沒(méi)有電流流出，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，直到第三個(gè)電極上有一個(gè)觸發(fā)電壓。這個(gè)處于1kV范圍內(nèi)的高壓脈沖來(lái)自于一個(gè)用小磁環(huán)做成的變壓器，其觸發(fā)是通過(guò)電容C2的突然放電進(jìn)行的（如圖2）。

圖1 氙閃光燈的擊穿電壓

點(diǎn)燃?xì)怏w，這個(gè)等離子體就會(huì)產(chǎn)生明亮的閃光，典型的持續(xù)時(shí)間是2ms，可以供給消費(fèi)應(yīng)用。閃光燈的類(lèi)型不同，存儲(chǔ)在電容C1里的能量可以是10焦耳（小相機(jī)），到用于專(zhuān)業(yè)應(yīng)用的上千焦耳。

圖2 基本的氙閃光燈

它的優(yōu)點(diǎn)是脈沖短，能很方便地通過(guò)快照來(lái)捕捉移動(dòng)物體。它的缺點(diǎn)是儲(chǔ)能電容的體積太大，并且在兩次拍照之間需要一個(gè)循環(huán)時(shí)間（在消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用中一般為5秒之內(nèi)）給電容充電。顯然，這些缺點(diǎn)使得氙閃光燈不適合用在手機(jī)上，因?yàn)橛谐叽绲南拗坪湍芰抗⿷?yīng)問(wèn)題。

白光LED閃光燈

為了克服物理尺寸的限制，閃光燈利用了高效率的現(xiàn)代白光LED。

白光二極管有一個(gè)4V的前置電壓降，不需要額外的高壓觸發(fā)脈沖，能快速的開(kāi)/關(guān)，而且所有相關(guān)的電子電路都能放在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的便攜式電話(huà)里。由于白光LED有類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)LED（圖3）的電子特性，所以必須用一個(gè)恒定的前置電流來(lái)控制。

圖3典型的白光LED特性

對(duì)于白光LED閃光燈，不能直接采用標(biāo)準(zhǔn)電壓源，必須通過(guò)一個(gè)額外的鎮(zhèn)流器來(lái)設(shè)置電流。另一方面，要求閃光燈能夠在典型電池電壓范圍（2.8V到5.2V）以外也能工作，并且必須具有一個(gè)相較簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)更合適的結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，安森美半導(dǎo)體已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列的白光 LED驅(qū)動(dòng)器，其中NCP5007能滿(mǎn)足閃光燈應(yīng)用的要求。
典型的閃光燈應(yīng)用

由于電池電壓范圍是從低壓2.8V到高壓5.2V，最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法就是如圖4那樣排列白光LED。這樣的排列避免了待機(jī)期間由模式操作帶來(lái)的漏電流（大部分時(shí)間，閃光燈都沒(méi)有被激活�。�

為了滿(mǎn)足拍攝照片過(guò)程中的要求，NCP5007周?chē)碾娐繁辉O(shè)計(jì)成既可以支持低光束電流又可以支持高閃光脈沖。

和檢測(cè)電阻R1相連的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，給負(fù)載提供了一個(gè)恒定電流以準(zhǔn)確地給白光LED加偏壓。芯片內(nèi)部的200mV的參考電壓（Vref），能最小化電池供電路徑的壓降。

低功率光束操作模式

通常來(lái)講，這個(gè)操作模式用于對(duì)被拍照的景物進(jìn)行預(yù)先照明（pre-light），以使紅眼效果最小。NMOS晶體管Q1被偏置于OFF，并且R1提供反饋電壓來(lái)調(diào)整負(fù)載電流。R1的值可以由歐姆定律得出：

R1 = Vref / Iout
 
在照明過(guò)程中，典型的LED操作偏置電流是4mA，檢測(cè)電阻是51Ω。如果有必要，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整電流，用EN信號(hào)的引腳3作為一個(gè)數(shù)字控制：在NCP5007數(shù)據(jù)手冊(cè)里詳細(xì)描述了這種操作模式。這個(gè)引腳也可通過(guò)外部CPU的一個(gè)位（bit）去控制DC/DC。當(dāng)然，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)電阻也能提供更加強(qiáng)大的閃光。

從實(shí)際角度出發(fā)，電容C2是必須的，以避免能量從電感L1轉(zhuǎn)移到白光LED過(guò)程中的大尖峰信號(hào)。另外，這個(gè)電容也使流進(jìn)LED的電流平滑了，產(chǎn)生一個(gè)更好的發(fā)光效能。

圖4 典型的便攜式白光LED閃光燈電路

大功率閃光模式

一旦系統(tǒng)準(zhǔn)備好要拍攝照片，那么就通過(guò)強(qiáng)制大電流偏壓進(jìn)入白光LED來(lái)激活閃光燈。和傳統(tǒng)的銀質(zhì)膠片不同的是，數(shù)碼相機(jī)的電子傳感器不能在幾個(gè)毫秒內(nèi)捕捉景物，而是需要一個(gè)更長(zhǎng)的延遲以存儲(chǔ)所有的像素。典型的延遲范圍是從100ms到200ms，這要根據(jù)相機(jī)和鏡頭的類(lèi)型來(lái)定。因此，用一個(gè)儲(chǔ)能電容在200ms期間內(nèi)提供大電流是不切實(shí)際的。事實(shí)上，為了在200ms期間維持100mA的電流，須串聯(lián)3個(gè)LED，假定在脈沖期間電壓下降不超過(guò)0.5V，就應(yīng)該采用一個(gè)4000μF/16V的電解電容，但是這樣無(wú)法和一個(gè)便攜式設(shè)備兼容。一個(gè)較好的方法是，在一個(gè)合理的時(shí)間（典型的是1秒）內(nèi)給電容充電，當(dāng)電容從0開(kāi)始充電時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器提供大約500mA的電流。因此，與其設(shè)計(jì)一個(gè)芯片給電容重新充電，遠(yuǎn)不如采用一個(gè)轉(zhuǎn)換器來(lái)快速提供電流好。

為了激活閃光燈，應(yīng)開(kāi)啟NMOS Q1，同時(shí)在反饋環(huán)里提供一個(gè)更低的檢測(cè)電阻。用一個(gè)適合于期望電流的內(nèi)部導(dǎo)通電阻Rdson來(lái)選擇NMOS。由于NMOS的導(dǎo)通電阻隨溫度變化很大，而且從一個(gè)分配器到另一個(gè)分配器的范圍也很大，所以用更大的NMOS串聯(lián)一個(gè)外部電阻可以得到一個(gè)更容易預(yù)測(cè)的電路，如模板原理圖所描繪的。表1列出了處理這樣一個(gè)功能的首選產(chǎn)品。

表1 首選NMOS產(chǎn)品

Part	Icmax	Rdson	Package	BVSS
MMBF0201NLT1	6A	35mΩ	SO-8	30V
MMBF0201NLT1	0.2A	1Ω	SOT-23	20V
MMBF2201NT1	0.2A	1Ω	SC-70	20V
NTA4001NT1	0.24A	1.5Ω	SC-75	20V
MMFT960T1	0.3A	1.7Ω	SOT-223	60V

可以用一個(gè)NPN雙極型器件實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，但是這類(lèi)器件的飽和電壓（Vcesat）接近于200mV，具體由內(nèi)部參數(shù)定義，并且通過(guò)這種類(lèi)型電路里不易實(shí)現(xiàn)。
演示板原理圖

如圖5所示的演示板支持低光束和大功率閃光燈，與一個(gè)數(shù)字PWM電路一起可以使LED變暗。緊接著，一個(gè)內(nèi)置時(shí)鐘將產(chǎn)生多次閃光燈，以便進(jìn)行實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)。通過(guò)開(kāi)關(guān)S1 和S2選擇操作模式，相關(guān)的電位計(jì)P1到P4如表2所述。第三個(gè)開(kāi)關(guān)S3是一個(gè)按鈕，用于手動(dòng)觸發(fā)閃光燈。

表2 開(kāi)關(guān)配置和電位計(jì)功能

S1	Select the NCP5007 mode of operation: GND=EN pin 3 forced to High, DC operation VCC=EN pin 3 pulsed	If S1=VCC, then dim the light out of the LED:   P1=Adjust the pulse width applied to EN pin3   P2=Adjust the PWM frequency
S2	Select the Power Flash mode of operation: GND=Single shot triggered by S3 VCC=Repetitive mode	If S2=VCC, then   P3=Adjust the power flash repetitive frequency   P4=Adjust the power flash duration
S3	Manual switch to trig the power flash

這樣一來(lái)，就可能使模板通過(guò)獨(dú)立偏壓進(jìn)行操作，不需要任何外部控制。然而，為了提供更高的靈活性，我們將模板連接到了MPU上：三引腳連接器被連接到正確的端口去控制LED變暗和閃光功能。

在獨(dú)立操作情況下，開(kāi)關(guān)S1和S3被置成低，芯片連續(xù)運(yùn)行。低光束電流通過(guò)檢測(cè)電阻R1設(shè)置：模板與一個(gè)51Ω的電阻一起通過(guò)白光LED產(chǎn)生4mA的直流電流。在這一點(diǎn)，可以通過(guò)按開(kāi)關(guān)S3來(lái)觸發(fā)閃光燈。通過(guò)調(diào)節(jié)電位計(jì)P4來(lái)預(yù)置閃光燈，以便在200ms的時(shí)間內(nèi)提供60mA的電流。

該系統(tǒng)還可以重新調(diào)整，以便在低光束電流時(shí)使閃光變暗，或是產(chǎn)生一個(gè)脈沖閃光。

當(dāng)開(kāi)關(guān)S1置于“高”時(shí)，變暗功能被激活。在此模式下，門(mén)電路U3和單觸發(fā)電路U1一道產(chǎn)生時(shí)鐘，去控制EN的引腳3，對(duì)直流負(fù)載電流進(jìn)行PWM調(diào)制。

當(dāng)開(kāi)關(guān)S2置于“高”時(shí)，脈沖閃光燈被激活。在此模式下，門(mén)電路U3和U4，以及單觸發(fā)電路U1的第二個(gè)邊一道產(chǎn)生時(shí)鐘，提供一個(gè)低碼率信號(hào)觸發(fā)閃光燈。脈沖寬度可以通過(guò)P4進(jìn)行手工調(diào)節(jié)。

圖5 模板原理圖

表3高光束演示板零件列表

used	Part	Designator	Footprint	Description
2	1.5kΩ	R13, R14	0805	電阻器
1	3.3Ω	R10	0805	電阻器
1	51Ω	R9	0805	電阻器
8	10kΩ	R1, R2, R3, R4, R5, R6, R11, R12	0805	電阻器
2	100kΩ	R7, R8	0805	電阻器
2	1N4148	D6, D7	DIODE0.4	二極管
2	100kΩ	P2, P3	VR4	線性電位計(jì)
1	500kΩ	P1	VR4	線性電位計(jì)
1	500kΩ	P4	VR4	線性電位計(jì)
4	100nF	C1, C3, C9, C10	0805	陶瓷電容，MURATA
1	10μF/10V	C4	1210	陶瓷電容，MURATA
1	1μF/10V	C8	0805	陶瓷電容，MURATA
1	1nF	C7	0805	陶瓷電容，MURATA
4	4.7μF/6V	C2, C5, C6, C11	1210	陶瓷電容，MURATA
2	LED	D8, D9	LED_2	LED
3	LED	D3, D4, D5	LED_2	LED：OSRAM LWT67SQ2-4
1	22μH	L1	1210	電感：Coil Craft 1008
1	M54HC123	U1	SO-16	Dual Retriggerable one shot
2	MBR0530	D1, D2	1210	肖特基二極管
1	SNJ54HC132	U3	SO-14	具有施密特觸發(fā)輸入的四重正與非門(mén)
1	MMBF0201NLT1	Q1	SOT-23	MOSFET
1	NCP5007	U2	TSSOP5	白色LED 驅(qū)動(dòng)器
1	NL27WZ14	U4	SOT_23B	雙施密特觸發(fā)反相器
1	NL27WZ32	U5	US8	雙或門(mén)
1	EXTERNAL	J2	SIP3	連接器
1	GND	Z1	GND_TEST	連接器
1	NORMAL/PWM	S1	SIP3	手動(dòng)開(kāi)關(guān)
1	SINGLE/REPEAT	S2	SIP3	手動(dòng)開(kāi)關(guān)
1	TRIG	S3	PUSH_BT_B	按鈕
1	VFB	TP1	TEST_POINT	連接器
1	Vbat	J1	PLUG_4MM_DUAL	連接器

進(jìn)一步信息，請(qǐng)參考AND8135/D Efficient High Power Flash Light，網(wǎng)址為http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8135-D.PDF。