基于CP2130的小電流閃光燈驅動方案-技術方案

精品文檔-下載后可編輯基于CP2130的小電流閃光燈驅動方案-技術方案1小電流閃光燈的驅動要求

鑒于種種原因，市場上大部分手機、MP4、PDA等產品中的閃光燈是用低亮度、低成本的LED來實現(xiàn)。這類閃光燈內部通常是由幾個白光LED燈芯組成，有的直接在內部并接或串接，只提供2個連接引腳；有的提供6個引腳讓用戶在外部自由配置成串聯(lián)或并聯(lián)形式。由于串聯(lián)連接閃光燈需要基于電感的Boost升壓芯片來驅動，電感體積過大以及EMI干擾較嚴重使其很難在手持設備中使用，故目前手持設備應用中大多使用并聯(lián)連接的閃光燈。

圖1幾種典型的閃光燈管芯連接方式

受制于目前LED的工藝水平和價格，手持設備應用中的閃光燈通常只允許每顆30mA左右的持續(xù)電流和不超過100mA的峰值電流（廠家對峰值電流的持續(xù)時間和頻率有嚴格要求）。由于通過電流較小，閃光時亮度較低（約為5000mcd），這顯然達不到相機閃光燈（多采用氙氣燈）的要求，但因為LED閃光燈成本低，實現(xiàn)簡單，目前仍然是手持設備的主要選擇。

實現(xiàn)閃光燈功能，需要添加一片閃光燈驅動芯片。不僅要求其能將燈點亮，還要能靈活地設定工作電流，同時又要能在Torch模式或Flash模式中方便切換。工作在Torch模式時，閃光燈持續(xù)發(fā)光，用作手電筒照明或拍攝短片時背景照明，也可用作黑暗環(huán)境下拍照前的預閃。而工作在Flash模式時，則用作拍照時短時間閃光，加大曝光量。閃光燈驅動芯片是否可以靈活的設定驅動電流以及方便地進行模式切換決定了該芯片的易用性。

2傳統(tǒng)解決方案面積大，效率低

在通過較大電流時，閃光燈管的正向壓降VF（4～4.5V）通常要高于鋰電池的電壓，所以并聯(lián)閃光燈驅動芯片大都采用ChargePump升壓技術，將電池電壓升到一個較高值來驅動LED。在傳統(tǒng)解決方案中，普遍使用一種恒壓輸出的ChargePump芯片來驅動小電流閃光燈。如圖2為某典型產品的應用方案。該芯片輸出恒定的電壓（4.5V或5V），通過RB限流電阻設定Torch模式下的電流；而在Flash模式時，將FlashGate（N溝的MOSFET）閉合，RB與RF兩個限流電阻并聯(lián)，等效電阻值降低，導致流過LED燈的電流明顯增大，亮度增加，發(fā)生“閃光”。

圖2傳統(tǒng)小電流閃光燈驅動方案

圖2中的解決方案有兩個明顯缺點：

A芯片工作在固定2倍升壓模式，恒壓輸出，效率很低。

B由于Torch和Flash模式下通過LED燈電流較大，限流電阻需要使用0603或0805的封裝，F(xiàn)lashGate一般也要使用SOT23的封裝。這不僅增加了電路面積，也增加方案成本。

一些改進的產品采用了分數電荷泵工作模式，稍微提高了一些轉換效率，但依舊使用恒壓輸出，需要外置限流電阻和MOS開關，仍然無法克服上述缺點。

3CP2130的新型閃光燈驅動方案

市場上一些專用的閃光燈驅動芯片可以很好的解決上述問題，但這類產品通常都是專為高達500mA甚至安培級電流的閃光燈應用而設計的，芯片價格很高，這使得很多客戶不得不繼續(xù)使用傳統(tǒng)的解決方案。

CP2130是一種1倍，1.5倍自適應模式切換的電荷泵型LED驅動芯片，可支持多達5顆LED燈的應用，支持寬頻率范圍的PWM調光，驅動電流由ISET腳的RSET電阻設定，采用小體積（3mmx3mm）的QFN16封裝。基于SmartMirror技術，可為各LED通道提供超電流匹配。驅動2.8inchLCD背光的典型應用方案見圖3。

圖3CP2130背光驅動方案

CP2130特別設計的電流驅動結構同時可以滿足小電流閃光燈的驅動需求。其可以保證提供持續(xù)輸出150mA，峰值輸出300mA的驅動能力，滿足了目前大部分手機、MP4、PDA等產品的小電流閃光燈的驅動需求。典型應用圖見圖4。

圖4CP2130小電流閃光燈驅動方案

在圖4方案中，EN信號作為芯片使能。當EN為低電平時，芯片進入Shutdown模式，漏電流極低。當EN為高電平時，芯片處于工作狀態(tài)。GPIO-FLASH用于Torch和Flash模式的選擇切換。

當GPIO_FLASH設定為高阻態(tài)（或者設定為輸入端口時），ISET端電阻僅為RSET，此時設定在較小的驅動電流上，芯片工作在Torch模式。而當GPIO_FLASH輸出低電平時，ISET端等效電阻為RADJ和RSET兩電阻的并聯(lián)，等效電阻值變小，此時設定在較大的驅動電流上，芯片進入Flash模式?？梢?，使用GPIO_FLASH的IO信號可方便的在Torch模式和Flash模式之間切換。

以80mA@Torch，250mA@Flash的典型應用為例，兩電阻可按如下規(guī)則選擇：當輸出80mA時，5個輸出并接，相當于每路輸出16mA，通過公式1易得RSET為10KΩ；當需要輸出250mA時，相當于每路輸出50mA，通過公式1易得等效RSET為3.1KΩ（實際RSET與RADJ的并聯(lián)值）；此時，可推算出RADJ約4.5KΩ，取鄰近的標稱電阻即可。

也可以將GPIO_FLASH直接輸出高電平來進入Torch模式，輸出低電平進入Flash模式。此時IO控制比較簡單，但要通過公式2來計算RSET與RADJ的電阻值，相對復雜一些。

公式1和公式2中RSET為ISET引腳端對地等效電阻值，ILED為設定的CP2130每路輸出電流值。公式2中各電阻的單位為KΩ，VIO為GPIO_FLASH的IO電壓，單位為V，如低電平為0V，高電平為2.8V。

需要指出的是，用于控制模式切換的GPIO端口內部應沒有上拉或下拉電阻，否則會造成實際電流與按上述公式計算電流的偏差。用戶可以選擇沒有上拉或下拉電阻的端口，或者選用可以將上拉或下拉電阻關閉的端口來進行模式切換。

比較圖4中的CP2130驅動方案和圖2中的傳統(tǒng)的解決方案，容易看出：

ACP2130是自適應模式切換的電荷泵，是電流輸出型器件，平均效率高。

BCP2130外圍僅需幾個0402封裝的普通電阻電容來設定和調節(jié)閃光燈電流，方案板上面積小，實現(xiàn)成本低。

4實際應用的問題

實際應用中閃光燈組件及其聚光鏡的安放對亮度和效果有一定影響，應該綜合廠家的建議和產品結構外形，合理設計。同時應注意應用場合的實際散熱情況，散熱不良將導致閃光燈溫度過高，影響壽命。通常應對整機產品進行老化試驗，測試閃光燈在閃光持續(xù)時間較長（比如200～300ms）時，連續(xù)工作（比如閃爍5千次，1萬次）情況下是否安全。

另外了解到在有些產品中，將閃光燈通過MOSFET負載開關直接連接在電池上，從鋰電池上直接取電來驅動閃光燈。這種方式是很不可取的。由于鋰電池電壓變化范圍很大，這將導致閃光燈亮度差異嚴重，在電池電壓較低時，閃光亮度急劇退化。而在電池電壓較高時，效率低，特別浪費電能。因此，一定要選用一塊閃光燈驅動芯片來管理閃光燈。

5結語

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