采用超級電容解決照相電話的LED閃光燈電源問題

當(dāng)中有兩個方案可提供足夠LED閃光功率，清除因缺少光量下造成暗黑、模糊不清的照片。CAP-XX超級電容以其高C（1F或以上之容量）和低ESR（100mΩ之內(nèi)阻）能支援電池。提供LED所需的脈沖功率，而其薄的　柱形體適合於比如照相電話這類空間緊逼的應(yīng)用上。因此提出，方案1∶將超級電容放置在升壓變換器的輸出；及方案2∶將超級電容與電池串聯(lián)。

圖2所示為CAP-XX方案的方框圖，而圖3為實現(xiàn)之電路。小型、低成本的限流式電荷泵給超級電容預(yù)先充電至約5.5V，超級電容一旦充了電，便可啟動電流開關(guān)，送出高流閃光脈沖，其能量和功率乃來自超級電容，而非電池和電荷泵。在閃光脈沖期間，可以啟動或禁止電荷泵，電荷泵電流受限制至約300mA。在手電筒（Torch）模式中，電荷泵處於被啟動狀態(tài)，電池與電荷泵現(xiàn)在送出一個低於電荷泵限流的@定電流。

在參考設(shè)計中，CAP-XX選取最強(qiáng)光LED-Lumileds LXCL-PWF1，它可處理1A高脈沖電流達(dá)至少200ms之久，這里驅(qū)動四個PWF1，每個於900mA，3.6A之總LED電流受到Micrel Mic 2545電流開關(guān)的限制，挑選這電流開關(guān)乃由於其電流能力和相當(dāng)細(xì)小的體型。

下面描述之電路是參照圖3，當(dāng)首次施加電源時，F(xiàn)lash / Torch選擇線必須在低位或浮動之中，使到U1（SD6685電荷泵）被啟動，這樣令晶體管M1關(guān)閉和U1第5腳（EN）通過R6被拉到高位。視乎超級電容大小而定。需等候10-15秒讓超級電容由0V充電至全滿。當(dāng)超級電容處於0V時會出現(xiàn)高的浪涌電流，跟著充電至接近Vin的電壓，在電荷泵的輸出看似短路，加入R11到電路里目的就是限制起始的浪涌電流至少於750mA。

須注意，SP6685只用來給超級電容充電，所以它總是在其 Torch模式（第4腳，F(xiàn)lsh與Gnd連接）。

超級電容一旦已充電，可選擇Flash或Torch模式。當(dāng)這信號是高時（Flash模式），晶體管M2導(dǎo)通，這是為U2（MIC2545）設(shè)定定流電阻＝R9//R10，是設(shè)定LED閃光電流。

當(dāng)Enable輸入（U2第1腳）處於高位時，U2便導(dǎo)通，於是LED有電流供應(yīng)而發(fā)光。由於超級電容的容量非常之大，閃光脈沖只是將超級電容放出很小量的電能，一般少於1V。換言之，閃光拍照之間的再充電時間是短的，一般約2秒，這是比LED由閃光至冷卻的所需時間更短。圖5說明閃光脈沖期間與之後的超級電容電壓電池電流和LED電流的關(guān)系。電路加入D6的原因是當(dāng)U1被禁止時阻止超級電容透過U1放電往電池去。

超級電容的C值與ESR值按照如下選擇∶總LED電流（ILED） = 3.6A維持一個150ms的閃光脈沖以 PWFLASH表示。

? 查Lumileds數(shù)據(jù)書，得悉在0.9A下的額定LED正向電壓 = 3.75V，容許至4.2V
? 查Micrel數(shù)據(jù)書，得悉Rdson 阻值50mΩ，所以MIC2545電流開關(guān)上的降壓180mV
? 故此，閃光脈沖結(jié)束時超級電容上的最小電壓≥4.2V + 0.18V = 4.38V≥4.4V
? Vout（電荷泵電壓）被設(shè)定於5.3V，所以，容許於超級電容上的總降壓為Vd = 5.3V－4.4V = 0.9V
? 超級電容之降壓，Vd = ILED x （ ESR + PWFLASH / C）
? 再排列各項數(shù)∶C≥ILED x PWFLASH / （ Vd－ILED x ESR）
在上述例子中，C≥2A x 0.15s /（ 0.9V－ 2A x ESR ），假定超級電容有ESR = 100mΩ，這樣C≥2A x 0.15s/（0.9V－2A x 0.1Ω）＝0.43F。挑選之超級電容要有一半之假設(shè)ESR值，為壽命上的老化作出準(zhǔn)備。因此，CAP-XX GS206（0.55F,50mΩ）符合上述之要求。

須注意，電路里采用雙超級電容，以求取所需的5.5V最大電壓額定值。100mΩ是ESR值的最佳起始點(diǎn)，也許需要在C與ESR之間反復(fù)計算，找出一個適合的超級電容。在仍有充裕的空間情況下，設(shè)定電荷泵輸出電壓至可能的最低點(diǎn)上。

CAP-XX超級電容有非常低的漏電，一般少於1μA，可是當(dāng)兩個電容串聯(lián)使用時，就需要平衡電路保證兩電容之間的任何漏電差不會造成中點(diǎn)電壓漂移而使到其中的電容過壓。最簡單的平?jīng)_電路是一對平衡電阻，如圖2和3所示，就流動電話照相閃光電路實現(xiàn)方法來看 ─ 超級電容在閃光脈沖之前會被充電至超過5V，平衡電阻的適當(dāng)數(shù)值為22kΩ。如超級電容要維持在正常較佳電壓上（～3.6V）的話?？偮╇姡胶怆娐冯娏骶蜁屑s80μA。CAP-XX對於良好的電池備用時間不得不承認(rèn)會是太高，可行的改善方法包括∶（1）當(dāng)電話不在照相模式時禁止電荷泵功能――換言之，電話在備用狀態(tài)時，沒有超級電容 + 平衡電路　漏。（2）使用高阻抗低流運(yùn)放造成一個有源平衡電路――從CAP-XX的參考設(shè)計上取得總電流少於2μA。