白光LED驅(qū)動(dòng)器為驅(qū)動(dòng)功率受限氙燈閃光燈以照亮拍攝現(xiàn)場提供了一種高性價(jià)比選擇。本文描述氙燈基本概念，并且詳述了一種基于安森美半導(dǎo)體公司NCP5007芯片典型低功率、低成本閃光燈驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。

PCBfans.cn提示圖名為1：（a）氙燈閃光燈擊穿電壓。

（b）基本氙光閃光燈。

數(shù)碼照相機(jī)和配有照相功能手機(jī)已經(jīng)從新產(chǎn)品變成了主流產(chǎn)品，這些產(chǎn)品內(nèi)部數(shù)字影像傳感器以CCD或CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)。為了在光線不足情況下仍能支持影像傳感器，閃光燈電路成了數(shù)碼照相機(jī)必要解決方案，在照相手機(jī)中越來越常見。滿足閃光燈要求主要光源是氙燈泡和現(xiàn)在新興高亮度白光LED。

氙燈主要優(yōu)點(diǎn)是閃光脈沖產(chǎn)生大功率光輸出，而LED方案優(yōu)點(diǎn)是尺寸相對(duì)小而薄，而且在視頻捕捉中可以導(dǎo)通更長時(shí)間，盡管其光輸出與氙燈相比只是中等。尤其氙燈提供閃光脈沖非常短，能使照相機(jī)捕捉照片拍成靜止畫面。它們需要特殊驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生高壓和大儲(chǔ)能電容來儲(chǔ)存電能。

我們發(fā)現(xiàn)，白光LED驅(qū)動(dòng)器為驅(qū)動(dòng)功率受限氙燈閃光燈以照亮拍攝現(xiàn)場提供了一種高性價(jià)比選擇。本文描述氙燈基本概念，并且詳述了一種典型低功率/低成本閃光燈應(yīng)用。

氙燈概念

氙燈有一個(gè)玻璃外殼，每端有一個(gè)電極，其中填充了低壓稀有氣體混合物。在穩(wěn)態(tài)中，如圖1所示，電極上電壓值設(shè)為低于觸發(fā)電壓。在這點(diǎn)上無電流流過，而且系統(tǒng)保持穩(wěn)定，直至在第三個(gè)電極上施加觸發(fā)電壓。對(duì)于所考慮低功率燈而言，這高壓脈沖處于1kV范圍內(nèi)，它來自帶小磁芯變壓器，受到電容C2突然放電觸發(fā)（見圖2）。本圖由PCBfans.cn提供

PCBfans.cn提示圖名為2：演示板原理框圖。（點(diǎn)擊放大圖）

氣體混合物被激發(fā)時(shí)，等離子體產(chǎn)生閃光。對(duì)于消費(fèi)應(yīng)用而言，閃光一般持續(xù)時(shí)間為2ms。根據(jù)相關(guān)閃光燈類型，儲(chǔ)存在電容C1中能量可以低至1焦耳（小型照相機(jī)），也可高達(dá)幾千焦耳（專業(yè)應(yīng)用）。閃光燈消耗能量見公式1：

本圖由PCBfans.cn提供

根據(jù)所使用氙燈類型，電容充電電壓基本上為160V至600V。低功率手持照相機(jī)需要能量不超過幾焦耳，而且輸出電壓范圍為160至250V。更高電壓一般在專業(yè)攝影棚使用設(shè)備中可以看到。

除直流電壓外，必須提供高壓脈沖來激發(fā)燈泡中等離子，在兩端電極之間產(chǎn)生高強(qiáng)度弧光。脈沖幅度取決于系統(tǒng)中所使用燈泡類型，幅度從較低1.6kV到10kV以上。微型氙燈用施加到燈管第三個(gè)外部電極上1.6kV/5μs脈沖觸發(fā)，這個(gè)脈沖由圖2所示專用脈沖變壓器與高壓電容相連而產(chǎn)生。電容充電到閃光燈直流電壓（200V），并在觸發(fā)按鈕S1后突然向脈沖變壓器初級(jí)端放電。來自次級(jí)端高壓施加到燈泡上（在外表面），閃光燈被激發(fā)。

這個(gè)概念主要優(yōu)點(diǎn)是光輸出較大，且脈沖持續(xù)時(shí)間很短，使快速拍攝照片可把移動(dòng)拍攝對(duì)象凝固在某個(gè)點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)缺點(diǎn)是儲(chǔ)能電容尺寸大，需要板上出現(xiàn)較高電壓，而且拍攝期間電容需要重新充電（消費(fèi)應(yīng)用充電時(shí)間為5至10秒）。

根據(jù)成像器敏感性和透鏡孔徑，在消費(fèi)應(yīng)用一般環(huán)境中，相對(duì)小電容足以拍得明亮照片。因此，可以用一個(gè)簡單轉(zhuǎn)換器來將電池電壓提升到低壓氙燈所需200V電壓。本圖由PCBfans.cn提供

PCBfans.cn提示圖名為3：初級(jí)和次級(jí)輸出電壓波形。

低功率閃光燈轉(zhuǎn)換器

本文介紹低功率閃光燈轉(zhuǎn)換器以安森美NCP5007芯片為基礎(chǔ)。該芯片原先是為驅(qū)動(dòng)串聯(lián)白光LED而開發(fā)。在這種應(yīng)用上，主要考慮因素是與最高28V硅擊穿有關(guān)電壓限制。要克服這個(gè)挑戰(zhàn)，可使用一個(gè)外接晶體管，最低可保持250V，或使用初級(jí)與次級(jí)比為1:10變壓器。

假設(shè)儲(chǔ)能電容為50μF，小型氙燈管工作電壓為200V，閃光燈能量則為：

此能量通過采用DC/DC變換器構(gòu)成升壓轉(zhuǎn)換器從電池轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能電容。雖然NCP5007結(jié)構(gòu)基于反激模式，但不能直接使用，因?yàn)樾酒ぷ饔诿}沖頻率模式（PFM），時(shí)間參數(shù)是可變Ton和恒定為300nsToff最大值。因此，如果使用傳統(tǒng)反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，次級(jí)電感在Toff時(shí)間內(nèi)不能完全放電，而且磁芯將快速飽和，在初級(jí)端產(chǎn)生非常小電感和低能量轉(zhuǎn)移。本圖由PCBfans.cn提供

表1：氙光閃光燈演示板器件清單。

為了突破這種限制，有一種組合方法是結(jié)合反激和正向模式以提高輸出電壓能力。這組合通過封裝在橋型結(jié)構(gòu)中四個(gè)二極管獲得，如圖3所示。組裝在SOT-23 封裝兩個(gè)二極管在開關(guān)周期中攜帶輸出電流。

在Ton時(shí)間中，變壓器T1引腳12 為低，因此電池電壓出現(xiàn)在次級(jí)端引腳1上，這是正激工作模式（forward mode）。儲(chǔ)能電容由流過二極管D1電流充電。Toff周期開始后，初級(jí)電壓恢復(fù)，儲(chǔ)能電容由流過二極管D2電流充電，這是反激工作模式。

這個(gè)概念由圖3演示板演示，它由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)堿性AA干電池供電。系統(tǒng)由開關(guān)S1供電，轉(zhuǎn)換器由連接到啟動(dòng)引腳開關(guān)S2控制，第三個(gè)開關(guān)S3是手動(dòng)觸發(fā)閃光燈按鈕。

圖4中波形顯示了儲(chǔ)能電容重新充電過程中電壓。信號(hào)對(duì)應(yīng)于U1引腳4（上面曲線）， D1引腳3（中間曲線）和D2引腳3（下面曲線）。當(dāng)U1開關(guān)啟動(dòng)時(shí)，正激模式發(fā)生，開關(guān)關(guān)閉時(shí)反激周期開始。
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