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采用超级电容解决照相电话的LED闪光灯电源问题

来源:    作者:     发布时间:2015-06-06 14:19:47     点击数:

超级电容的C值与ESR值按照如下选择∶总LED电流(ILED) = 3.6A维持一个150ms的闪光脉冲以 PWFLASH表示。

· 查Lumileds数据书,得悉在0.9A下的额定LED正向电压 = 3.75V,容许至4.2V
· 查Micrel数据书,得悉Rdson 阻值<50mΩ,所以MIC2545电流开关上的降压<180mV
· 故此,闪光脉冲结束时超级电容上的最小电压≥4.2V + 0.18V = 4.38V≥4.4V
· Vout(电荷泵电压)被设定於5.3V,所以,容许於超级电容上的总降压为Vd = 5.3V-4.4V = 0.9V
· 超级电容之降压,Vd = ILED x ( ESR + PWFLASH / C)
· 再排列各项数∶C≥ILED x PWFLASH / ( Vd-ILED x ESR)
在上述例扁平型电感子中,C≥2A x 0.15s /( 0.9V- 2A x ESR ),假定超级电容有ESR = 100mΩ,这样C≥2A x 0.15s/(0.9V-2A x 0.1Ω)=0.43F。挑选之超级电容要有一半之假设ESR值,为工字电感寿命上的老化作出准备。因此,CAP-XX GS206(0.55F,50mΩ)符合上述之要求。

须注意,电路里采用双超级电容,以求取所需的5.5V最大电压额定值。100mΩ是ESR值的最佳起始点,也许需要在C与ESR之间反复计算,找出一个适合的超级电容。在电感器厂家仍有充裕的空间情况下,设定电荷泵输出电压至可能的最低点上。

CAP-XX超级电容有非常低的漏电,一般少於1μA,可是当两个电容串联使用时,就需要平衡电路保证两电容之间的任何漏电差不会造成中点电压漂移而使到其中的电容过压。最简单的平冲电路是一对平衡电阻,如图2和3所示,就流动电话照相闪光电路实现方法来看 ─ 超级电容在闪光脉冲之前会被充电至超过5V,平衡电阻的适当数值为22kΩ。如超级电容要维持在正常较佳电压上(~3.6V)的话。总漏电+平衡电路电流就会有约80μA。CAP-XX对於良好的电池备用时间不得不承认会是太高,可行的改善方法包括∶(1)当电话不在照相模式时禁止电荷泵功能——换言之,电话在备用状态时,没有超级电容 + 平衡电路 漏。(2)使用高阻抗低流运放造成一个有源平衡电路——从CAP-XX的参考设计上取得总电流少於2μA。

电荷泵部份没有限制,这里挑选SP6685在於其外型细小,须注意一点,大多数电荷泵的软启动功能未能适当处理超级电容的输出,原因是超级电容放电就好像短路数秒,直至超级电容电压接近於电荷泵输出电压。简单的解决方法是在电荷泵的输入端加插一个限流电阻(图3中的R11)。

结果

CAP-XX方案能将两个超级电容,图3电路和四个替片式电感器的用途代的LED加入於现有名牌子的照相电话里面并不用改变原机功率电感的外貌。图4示出用来经改良和CAP-XX改良电话所拍摄出来的照片。未改良的电路以160ms时间输送1W的闪光功率,而改良电路则在同一时间输送达15W的闪光功率。


图5. 方案1闪光脉冲期间和之後的电池,LED闪光电流,超级电容电压的情况

图5示出在闪光脉冲期间和该脉冲之後超级电容再充电时的电池电流,LED电流和超级电容电压的状况。留意电池电流永不超过300mA,即使闪光脉冲是4A,超级电容提供3.7A之差额。

方案2∶超级电容与电池串联

图6. 方案2的配置方柜图

图6为方案2的方框图,超级电容与电池正极串联,这种布局方式好处是∶
· 仅需单独一个超级电容
· 是方案1所需的 装超级电容的约一半容量,成本低

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