LED 已經(jīng)成為移動電話中電影照明和相機(jī)閃光燈的標(biāo)準(zhǔn)解決方案。對于更高畫質(zhì)和更高分辨率的需求,，要求更亮的閃光燈 LED 解決方案,。所面臨的挑戰(zhàn)是如何通過實(shí)現(xiàn)最高效率的解決方案來從電池中擠壓出最佳的光通量。這樣一來,，從電池吸收大電流的運(yùn)行,，要求具備許多省電運(yùn)行特性以及一種穩(wěn)健的系統(tǒng)設(shè)計。本文將介紹一種系統(tǒng)層閃光燈 LED 驅(qū)動器設(shè)計,，以及能夠確保系統(tǒng)安全運(yùn)行和集成的一些特性,。

　　高效的相機(jī)閃光燈 LED 驅(qū)動

　　高分辨率相機(jī)在最低光照環(huán)境下，要求有高亮度的閃光來完成照相,?？蛻粢筇峁┮环N閃光燈解決方案作為手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能。安裝閃光燈的移動電話已經(jīng)成為一種有吸引力的賣點(diǎn),。這種特性需要高光通量,，從而給高效 LED 驅(qū)動器系統(tǒng)設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　移動電話中閃光燈 LED 的高正向電壓和電流以及給定的電池電壓,，讓升壓轉(zhuǎn)換器成為最佳的解決方案,。驅(qū)動大電流時，基于電感的升壓轉(zhuǎn)換器呈現(xiàn)出令人滿意的效率,。LED　必須為電流驅(qū)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于其生產(chǎn)過程,，其變化范圍為 ±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(lián),，然后通過一個升壓轉(zhuǎn)換器來驅(qū)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(qū)動方法

　　對升壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓進(jìn)行控制,，以匹配通過外部電阻檢測的設(shè)定 LED 電流。不幸的是,，這樣做會讓設(shè)計人員背離要從電池提供的有限電能中擠壓出最高光通量的目標(biāo),。外部電流檢測電阻帶有高功耗，其大小受到控制,，目的是在低電流狀態(tài)下也可以提供可用的裕量電壓,，從而為持續(xù)的電影照明提供驅(qū)動。另一方面,，如果電流增加,，則電流檢測電阻的壓降升高，帶來大量的功耗,。另外,，具有理想功耗額定值的高精度電阻較昂貴，且會增加解決方案的體積,，從而每條 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(qū)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(chǎn)生的功耗都得到降低的方法對內(nèi)部電流檢測電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)情況取決于 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(yīng)電流阱和檢測的改進(jìn)型LED 驅(qū)動方案

　　電流阱不僅僅檢測 LED 電流,，通過動態(tài)調(diào)節(jié)電阻,，其還可以對 LED 電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。所產(chǎn)生的電流阱壓降作為動態(tài)調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓所需的信息,，旨在任何電流電平下都能夠?qū)⒐目刂圃谝粋€可接收的最低限度,。

　　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(diào)節(jié)至 400mv 壓降的有源電流檢測方法之間的比較情況。受益于低功耗,，有源電流檢測方法明顯有助于更高的系統(tǒng)效率,。

　　［摘要］ LED 已經(jīng)成為移動電話中電影照明和相機(jī)閃光燈的標(biāo)準(zhǔn)解決方案,。對于更高畫質(zhì)和更高分辨率的需求,，要求更亮的閃光燈 LED 解決方案。所面臨的挑戰(zhàn)是如何通過實(shí)現(xiàn)最高效率的解決方案來從電池中擠壓出最佳的光通量,。這樣一來,，從電池吸收大電流的運(yùn)行，要求具備許多省電運(yùn)行特性以及一種穩(wěn)健的系統(tǒng)設(shè)計。本文將介紹一種系統(tǒng)層閃光燈 LED 驅(qū)動器設(shè)計,，以及能夠確保系統(tǒng)安全運(yùn)行和集成的一些特性,。

　　高效的相機(jī)閃光燈 LED 驅(qū)動

　　高分辨率相機(jī)在最低光照環(huán)境下，要求有高亮度的閃光來完成照相,?？蛻粢筇峁┮环N閃光燈解決方案作為手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能。安裝閃光燈的移動電話已經(jīng)成為一種有吸引力的賣點(diǎn),。這種特性需要高光通量,，從而給高效 LED 驅(qū)動器系統(tǒng)設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。

　　系統(tǒng)設(shè)計

　　移動電話中閃光燈 LED 的高正向電壓和電流以及給定的電池電壓,，讓升壓轉(zhuǎn)換器成為最佳的解決方案。驅(qū)動大電流時,，基于電感的升壓轉(zhuǎn)換器呈現(xiàn)出令人滿意的效率,。LED　必須為電流驅(qū)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于其生產(chǎn)過程，其變化范圍為 ±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(lián)，然后通過一個升壓轉(zhuǎn)換器來驅(qū)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(qū)動方法

　　對升壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓進(jìn)行控制,，以匹配通過外部電阻檢測的設(shè)定 LED 電流,。不幸的是，這樣做會讓設(shè)計人員背離要從電池提供的有限電能中擠壓出最高光通量的目標(biāo),。外部電流檢測電阻帶有高功耗,，其大小受到控制，目的是在低電流狀態(tài)下也可以提供可用的裕量電壓,，從而為持續(xù)的電影照明提供驅(qū)動,。另一方面，如果電流增加,，則電流檢測電阻的壓降升高,，帶來大量的功耗。另外,，具有理想功耗額定值的高精度電阻較昂貴,，且會增加解決方案的體積，從而每條 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(qū)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(chǎn)生的功耗都得到降低的方法對內(nèi)部電流檢測電阻進(jìn)行調(diào)節(jié),，具體調(diào)節(jié)情況取決于 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(yīng)電流阱和檢測的改進(jìn)型LED 驅(qū)動方案

　　電流阱不僅僅檢測 LED 電流,，通過動態(tài)調(diào)節(jié)電阻，其還可以對 LED 電流進(jìn)行調(diào)節(jié),。所產(chǎn)生的電流阱壓降作為動態(tài)調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器輸出電壓所需的信息,，旨在任何電流電平下都能夠?qū)⒐目刂圃谝粋€可接收的最低限度。

　　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(diào)節(jié)至 400mv 壓降的有源電流檢測方法之間的比較情況,。受益于低功耗,，有源電流檢測方法明顯有助于更高的系統(tǒng)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沖電流,。隨著過去 5 年間多功能手機(jī)的發(fā)展，處理器供電和本文重點(diǎn)介紹的閃光燈 LED 供電吸取了最高的電流,。例如,，如果要驅(qū)動 1.5A 的 LED 電流，從電池吸取的電流可高達(dá) 3A,，這是因為升壓轉(zhuǎn)換器的電壓比,。如此高的電流會使電池電壓急劇下降。欠壓閾值檢測機(jī)制會防止系統(tǒng)在這種情況下出現(xiàn)故障,。在閃光燈開啟時由于低電池電壓電話會徹底關(guān)機(jī),，這是一種非常糟糕的用戶體驗。常用的解決方案是在低電池電壓狀態(tài)時讓相機(jī)軟件關(guān)閉閃光燈,，相比之下不使用閃光的用戶體驗還不至于太壞,。PMIC　提供的緩慢電池電壓信息刷新率、電池溫度和老化效應(yīng)以及更嚴(yán)重的不準(zhǔn)確性放寬了安全的界限,。

　　如果閃光燈驅(qū)動器本身能夠防止電池電壓下降過多,，那么就可以保持較小的安全界限。通過使用一個受控轉(zhuǎn)換率升高 LED 電流,，并在上升期間持續(xù)監(jiān)控電池電壓可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),。

　　TI 擁有一種監(jiān)控電池電壓的閃光燈驅(qū)動器技術(shù)。要獲得穩(wěn)定的 LED 電流波形并且避免過多的電池壓降,，閃光燈驅(qū)動器要主動控制 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(jìn)行監(jiān)控。如果輸入電壓降至某個設(shè)定閾值以下,，則器件即刻停止讓 LED 電流進(jìn)一步上升至該設(shè)定閾值,，并將閃光燈電流保持在實(shí)際電平，參見圖 5,。

　　圖5電池壓降監(jiān)控

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

　　安全系統(tǒng)集成

　　驅(qū)動高脈沖電流時,，聚光燈為安全無故障運(yùn)行,。移動電話廠商迫切要求一種無縫系統(tǒng)集成解決方案。因此這就要求一種特性集,，而不僅僅是標(biāo)準(zhǔn)安全運(yùn)行特性,，例如：電感電流限制、欠壓保護(hù)等,。TPS61310 閃光燈 LED 驅(qū)動器擁有這種特性集，可以用于這種高要求的運(yùn)行,。

　　LED故障檢測

　　不僅僅在生產(chǎn)過程中,，在器件運(yùn)行期間也必須檢測到 LED 短路，以避免出現(xiàn)危險狀態(tài),。檢測這種狀態(tài)的一種方法是強(qiáng)制幾毫安的電流正向流動,。這種電流可以在亞照明范圍測試 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(diǎn)：LED 廠商通常不會測試亞照明范圍,。由于生產(chǎn)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(zhǔn)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(xiàn)短路狀態(tài),，低側(cè)電流阱 LED1、LED2,、LED3 便按照視頻照明模式或者閃光燈模式各自的設(shè)定,，限制最大輸出電流，增加其輸入電阻來防止吸取電流過多,。另外,，這一過程受到監(jiān)控，并且通過 I2C 接口將短路 LED 狀態(tài)反映給生產(chǎn)期間的測試設(shè)備，或者反映給工作中的相機(jī)引擎,。利用類似方法,，也可以對開路狀態(tài)進(jìn)行檢測。

　　過溫檢測

　　一種吸引人的移動電話產(chǎn)品設(shè)計在某些情況下卻并不符合最佳熱設(shè)計要求,。高功耗閃光燈 LED 具備有限的允許脈沖處理能力,。如果電話暴露在高溫下，和/或由于前面的閃光操作 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(dǎo)致 85°C 以上高溫下發(fā)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(shè)計和功能/誘人設(shè)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(guān)鍵溫度,，則通過軟件降低 LED 開/關(guān)時間脈沖比，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(hù)功能,。

　　TPS61310 芯片溫度也同樣受到監(jiān)控。除了標(biāo)準(zhǔn)的熱關(guān)機(jī)功能以外,，TPS61310還可以向相機(jī)引擎提供早期預(yù)警功能,，以避免熱關(guān)機(jī)功能被意外觸發(fā)，從而為器件冷卻提供空間,。

　　TPS61310電影照明/閃光燈驅(qū)動器

　　TPS61310 能夠驅(qū)動一個 1.5A 的單,、雙或者三閃光燈 LED 應(yīng)用。諸如電池電壓監(jiān)控,、省電運(yùn)行功能,、可靠 LED 短路檢測的專有特性讓其成為閃光燈驅(qū)動和電影照明的簡單集成解決方案。通過高速 I2C I/F 實(shí)現(xiàn)可編程以后,，器件擁有最高的跨平臺設(shè)計靈活性,。作為一種選項，專用邏輯輸入可用于零延遲觸發(fā),。2x2mm2芯片級封裝以及無需通過外部組件編程設(shè)定電流或閃光燈導(dǎo)通時間帶來了極小的解決方案體積,。