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闪光灯驱动电路和原理

2017-06-13
类别:行业趋势
eye 438
文章创建人 拍明
       根据驱动电路的输出特性,白光LED闪光灯的驱动电路可分为恒压型和恒流型;按电路工作原理,可以分为电感升压电路和电荷泵电路。白光LED是电流驱动型器件,其亮度与电流成比例关系。在恒压型驱动电路中,往往有一个电阻与白光LED串联,用来设置产生预期白光LED正向电流所需的电压。这种方式有一个缺点,即白光LED正向电压的任何变化都会导致白光LED电流的变化,从而无法保证流过白光LED的电流等于预设置值,也就无法确保白光LED的亮度恒定。

而在恒流型驱动电路中,是通过检测串联在白光LED回路电阻的电压来保证流过白光LED的电流恒定的。这种方式可以消除由正向电压变化而产生的电流变化,因此白光LED可产生相对恒定的亮度。

由于移动电话的锂离子电池的工作电压范围一般为3.*.2V,而白光LED的正向电压一般为34V,且白光LED闪光灯一般为多个白光LED串、并联在一起,以提供闪光功能所需的光通量,所以在低电压输入、高电压输出的时候,必须采用升压电路将电压升高以驱动白光LED。驱动白光LED闪光灯时一般采用两种方式升压,一种是采用以电感为储能元件的升压式变换器,另一种是采用以电容为储能元件的电荷泵。采用以电感为储能元件的升压变换器的优点是效率相对较高。

现在的白光LED闪光灯驱动控制器都集成了控制电路和升压开关管,但是电感和用于续流的肖特基二极管还是外接的,这增加了电路的复杂性、成本和PCB面积。此外,由于闪光灯驱功电路、LED闪光灯显示屏、移动电话的天线一般位于移动电话上端,与移动电话的射频电路靠得很近,所以有效防止驱动电路电感的EMI干扰也是很重要的问题。图1是采用电感升压变换器驱动标准白光LED的典型应用电路。

电荷泵采用电容作储能元件,且不需要外接电感,因此不存在电磁干扰的问题。此外,整个解决方案所占PCB的面积也较小,但相对来说效率较低。由于闪光灯工作时间非常短,持续时间一般为100300ms,所以其效率对电池使用时间的影响不是太大。图2是采用电荷泵驱动标准白光LED的应用电路。

闪光灯驱动电路和原理.jpg

1 采用电感升压变换器驱动标准白光LED的应用电路

闪光灯驱动电路图.jpg

2 采用电荷泵驱动标准白光LED的应用电路

在白光LED驱动电路的设计中,有两个参数会影响设计方案的选择,一个是白光LED正向电压,另一个是电源的工作电压。电感式升压变换器通常用于驱动串联的白光LED,它能够产生充是的输出电压,以提供可被编程的驱动白光LED电流。采用这种驱动方法时,因为无论正向电压高低,所有的白光LED都能获得相同的电流,又因为白光LED的亮度与流经白光LED的正向电流成正比,所以白光LED阵列的亮度非常均衡、和谐。

电荷泵可以产生值为输入电压整数倍的输出电压。若要提高其扩大倍数,需增加泵电容和开关电路,因此电荷泵的实际输出电压被限制为了2倍的输入电压。虽然有些电荷泵能够提供分数倍输出电压(1.5),但是需要2个泵电容。

因为2倍压是最方便的升压倍数,考虑到白光LED典型的正向电压,则电荷泵方法主要用于驱动并联的白光LED。因为每个并联支路的白光LED必须独立控制,这必然会导致白光LED阵列之间出现轻微的亮度失谐,这种亮度失谐现象在电荷泵驱动方法中是不可避免的。

与整数倍压电荷泵驱动方法相比,电感升压变换器的效率更高。改用分数倍压电荷泵虽然可以提高性能,但是其远不如电感升压变换器设计方案。因为在电感升压变换器设计中,白光LED是串联的,所以升压控制器与白光LED之间只需两条PCB走线。这在设计上是一个很重要的优势,例如,如果白光LED的数量发生了变化,或者单独安装在一个相机闪光模块上,则电感升压变换器的设计很容易适应这种变化,而采用电荷泵方案的PCB必须完全重新设计。

虽然电感升压变换器设计的引脚数量少,且允许使用比电荷泵设计更小的封装,但是电感升压变换器需要电感器,这会导致占PCB的总体面积变大、变厚。另外,与电荷泵设计中的泵电容对比,其外接电感器成本昂贵。另外,电感升压变换器的噪声通常比电荷泵高,因此为了限制或避免不同组件之间的干扰,需要更精确的设计。

闪光灯的工作原理

一、普通型闪光灯的基本工作电路

普通型闪光灯是指闪光输出的能量是不可调的闪光灯,即闪光灯的标称闪光指数GN为一恒定值。电路由四部分组成:振荡升压部分、整流充电部分、电压指示部分和脉冲触发闪光部分。

当电源接通后,利用晶体管V1的开关特性,形成一个间歇振荡,使T1的初级获得一个交变电压,经T1升压,使其次级获得大于300V的交变电压。交变电压经二极管D1半波整流后变成直流电压,对主电容C2和触发电容C3充电储能。当电压充至额定电压的70%左右时,指示电路中的氖灯(Ne)起辉,指示闪光灯处于正常闪光等待状态。当按下按钮AN,触发电路(R3C3T2Xe组成)产生脉冲电压,在T2的次级感应出瞬间高压(10kV)脉冲,通过Xe闪光管的触发极使Xe闪光管内氮气电离并导通,电容C2上储存的电能瞬间通过闪光灯管放电转化为光能,完成一次闪光。

照相机中的内藏闪光灯的工作原理同上。当外界景物的亮度不足时,照相机的测光系统便发出一个低照信息,此时用手动方式或由照相机自动接通闪光电路进行充电和闪光。有的照相机还具有自动控制闪光量的系统(自动调光闪光灯),以获得更准确的曝光。

二、自动调光式闪光灯的工作原理

自动调光式闪光灯的控制框图。闪光灯充足电后,照相机上的闪光同步触点接通闪光电路。在闪光灯发光期间,光从闪光灯发出照射到被摄物体上,从被摄物体反射回来进入照相机(进行曝光)和闪光测光元件上。此测光元件很快将光能量变换成电信号输入积分电路,再由积分电路输出一个与闪光光量值成正比的电信号;当闪光光量值达到合适曝光量的要求时,积分电路的输出电信号便使控制电路触发闪光停止电路,从而使闪光灯熄灭。由于闪光灯的持续闪光时间是很短的,要对它进行调光,所用的闪光测光元件必须是具有快速响应能力的光敏元件。

自动调光闪光灯的控制方式按其电路结构不同,可分为并联式和串联式两种。在主闪光灯管Xe的两端并联一个泄放管V。主闪光灯管的点燃工作电路与普通型的线路相同。当主闪光灯的发光量达到某个基准值时,通过测光元件接收,积分电路和控制电路触发泄放管将主控制方式中尚未泄放的能量立即泄放,使主闪光管熄灭。

并联式自动调光闪光灯的电路结构简单,价格低,应用较多。但因它每次都将主电容未放完的剩余能量全部泄放完,所以再充电时间长,电池的消耗大。串联控制方式是将半导体开关元件晶闸管整流器SCR与主闪光灯串联在在一起,

当主闪光灯管输出的光量达到合适曝光的要求时,晶闸管整流器SCR自动切断放电回路,使主闪光灯管立即熄灭,实现自动调光控制。

串联控制方式的优点是主电容器中剩余的能量仍保存着,因而可以缩短再充电的时间,电池的消耗也相应减少,有利于快速连闪和循环使用。缺点是电路比较复杂,成本较高。

 


责任编辑:Davia

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