針對高分辨率照相手機的LED閃光燈超級電容參考設計

　　設計師面臨的挑戰是如何高效地將電池、DC/DC轉換器和超級電容連接起來(lái)，做到既能限制超級電容的尖峰充電電流，又能在負載之間不斷地對超級電容進(jìn)行再充電。能夠滿(mǎn)足超級電容充電要求的LED閃光燈驅動(dòng)器現在已經(jīng)在市場(chǎng)上出現，它可以使得設計師的工作更輕松，并節省PCB空間、成本和上市時(shí)間。數碼相機的LED閃光燈需要1～2A電流才能持續閃光120ms。

　　超級電容可用來(lái)儲存必需的電流，并在不分流主電池的情況下快速供電。與電池一起工作時(shí)，超級電容在峰值負載期間釋放其儲存的電流，在兩個(gè)峰值負載之間則進(jìn)行再充電。與純電池供電設備相比，帶超級電容的電源系統可提供高達2倍的電能，而且還可延長(cháng)電池的壽命。很明顯，不管設計師在何時(shí)使用超級電容，他們都必須限制尖峰電流。此外，當電壓掉到LED閃光燈的工作電壓以下時(shí)，超級電容就需要再充電。當超級電容充滿(mǎn)電時(shí)，它必須與充電源斷開(kāi)。另外，它還需要短路保護、源過(guò)壓保護和過(guò)流保護。

　　超級電容帶來(lái)的好處

　　超級電容可以大于500k的周期在數秒內完成再充電，并將電能儲存在靜電場(chǎng)中。由于完全充滿(mǎn)電時(shí)只有大負載電流才可能把電壓降得過(guò)低，因此超級電容的使用也減少了ESR和阻抗。

　　超級電容可以制造成任何尺寸和外形，不管是扁平型還是小尺寸。超級電容還具有很長(cháng)的壽命（10～12年）。與電池不同，它們具有非破壞性的開(kāi)路（高ESR）故障模式。如果一個(gè)過(guò)高電壓施加到該器件上，唯一的后果是ESR的輕微增加，并最終演變到開(kāi)路狀態(tài)。整個(gè)過(guò)程不會(huì )起火、起煙或爆炸。

　　設計解決方案

　　超級電容供電的LED閃光燈單元可以驅動(dòng)大電流LED，它提供的閃光亮度是標準電池供電LED閃光燈單元的許多倍，或持續時(shí)間超過(guò)氙氣燈。如圖1所示，AAT1282含有一個(gè)升壓轉換器，它用來(lái)將3.2～4.2V電池輸入電壓提升到穩定的5.5V。如果電池電壓為3.5V，且升壓轉換器效率是90%，那么電池需要提供3A以上的電流，才能維持一個(gè)2A閃光脈沖。這不是會(huì )導致電池保護電路關(guān)斷電池，就是會(huì )引起一個(gè)低電壓關(guān)斷，而此時(shí)電池仍具有大量的電能。

圖1 用超級電容為L(cháng)ED供電

　　這一解決方案還提供一些閃光燈管理功能，如電影模式和超級電容充電功能。該解決方案控制和調節來(lái)自手機電池源的電流、提升電池電壓和管理超級電容的充電，以控制和提供終端應用中的LED閃光燈所需要的大電流。

　　為更好地實(shí)現這一目標， AAT1282具有防止啟動(dòng)時(shí)過(guò)大尖峰電流沖擊的內置電路、一個(gè)固定的800mA輸入電流限制器、以及一個(gè)超級電容充滿(mǎn)電后的負載斷開(kāi)電路。其輸出電壓受限于內部過(guò)壓保護電路，可防止轉換器和超級電容免受一個(gè)開(kāi)路LED（開(kāi)路條件下）的損害。

　　在開(kāi)路狀態(tài)期間，輸出電壓上升并到達5.5V（典型值），過(guò)壓保護電路關(guān)閉開(kāi)關(guān)電路，阻止輸出電壓進(jìn)一步升高。一旦開(kāi)路狀態(tài)解除，開(kāi)關(guān)電路馬上恢復工作?？刂破骰貧w到正常工作狀態(tài)，并維持一個(gè)平均輸出電壓。一個(gè)工業(yè)標準I2C串行數字輸入接口使能/鎖定LED，以及用高達16個(gè)針對更低光輸出要求的電影模式設置設定電影模式電流。

　　一個(gè)詳細的原理圖（見(jiàn)圖2）顯示超級電容周?chē)恍枰倭康脑骷?。一個(gè)0.55F、85mΩ的超級電容與AAT1282 LED閃光燈驅動(dòng)器一起使用時(shí)可提供9W的LED突發(fā)電能。為了達到很高的光亮度，LED閃光燈的驅動(dòng)電流介于1～2A之間。LED上的正向電壓（VF）可以上升到4.8V。如果我們包括電流控制電路的200mV開(kāi)銷(xiāo)，你就很容易看到在閃光事件期間總的負載電壓是如何上升到5V的，這也證明了5.5V輸出電壓是有必要的。