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环亚国际app超级电容器处理高分辨率相机的LED亮光电源问题

2018-10-15 13:30

  超级电容器处理高分辨率相机的LED亮光电源问题

   高于2M像素的相机在暗光条件下,为了确保杰出的图画,需求一个高度亮光。但是,电池会形成体系约束,它不能供给LED光输出所需的大电流脉冲,而这是高分辨率图画所需的。 传统的LED亮光驱动器选用电流操控形式的升压转换器(见图1)。做为一个实例,考虑经过2个并联LED驱动1A(每个LED)的状况,用强均匀光在2米内大约发生201ux。升压转换器的输出电压等于LED正向电压加跨接在电流感测电阻器上的电压。最大正向电压为4.8V,假定跨接在电流感测电阻器上的电压为200mV,则升压转换器输出电压为5V。假定相机电池电压为3.3V(有负载)、升压转换器功率为85%,在此状况下,电池电流应该是5V/3.3V/85%×2A=3.6A,这超过了一般移动电话电池的才能。
 

  

   代替计划是用氙亮光,但这需求:(1)蓄电电容器,这对移动电话形状因数来讲,其体积是适当大的;(2)高电压,这会引起电路和安全问题。而用LED亮光,相同的LED电路能够用在视频Capture/Torch功用的较低电流中。

   为了战胜功率约束,一些相机电源选用长亮光曝光时刻来弥补无光条件,因而,添加总的光能量,但会导致图画含糊。

   规划计划

   有两种计划能供给满意的LED亮光功率,消除无光条件下暗和含糊图画。具有高C值(1F或更大)和低ESR(小于100mΩ)的CAP-XX超级电容器能支撑电池作业,并供给LED所需的脉冲功率,而这种薄的(1~3mm)棱柱形形状因数的电容器。适合于空间受约束的使用(如相机手机)。

   计划1:超级电容器放置在升压转换器或电荷泵的输出

   图2示出CAP-XX的低本钱电流约束电荷泵预充电超级电容器到5.5V左右。一旦充电超级电容器,使电流开关供给高电流亮光脉冲,其能量和功率来自超级电容器,而不是电池和电荷泵。在亮光脉冲期间,电荷泵能够使能或制止。电荷泵使电流约束到300mA左右。在Torch形式,电荷泵坚持低能,而电池和电荷泵能够供给小于电荷泵电流约束的恒定电流。

   在参阅规划中,挑选最大功率亮光LED(Lumileds LXCL-PWF1),能够处理1A峰值脉冲电流(小于200ms)。电路中,要驱动4个PWF1每个900mA。

   下面简述图3所示的电路。当首要加上电源时,Fash/Torch挑选有必要是低态或浮置,这样U1的引脚5(EN)经过R6拉到高态。依据超级电容器的数值,在超级电容器以0V到充满电前需求等10~15秒。在超级电容器处于0V时,有一个大的侵入电流,直到它充电到电压≥Vim停止,在电荷泵输出像是短路。R11加到电路上,用于约束起动侵入电流,使其小于750mA。
 

  

   留意,SP6685仅用于充电超级电容器,所以它总是处于Torch形式(引脚4,Flsh连接到Gnd)。

   一旦超级电容器被充电,挑选Flash或Torch形式。当此信号为高态(Flash形式)时,M2导通,设置U2(MIC2545)的电流设置电流器R9//R10。此设置LED亮光电流。

   当使能输入(U2引脚1)坚持高态时LED导通。由于超级电容器电容值十分大,所以,亮光脉冲仅以适当小的量(一般小于1V)放电超级电容器。这意味着在亮光照像之间从头充电的时刻是短的。一般2秒左右。添加D6以避免超级电容放电,U1关断时经过U1到电池。

   超级电容器C和ESR挑选如下:

   关于150ms亮光脉冲,总LED电流以(ILED)为3.6A。

   从数据手册知道:0.9A额外LED正向电压为3.75V,答应到4.2V。

   从数据手册知道,Rdson电组小于50mΩ,所以,跨接在MIC2545电流开关上的压降小于180mV。

   因而,在亮光脉冲结束时,超级电容上最小电压有必要是≥4.2V+0.18V=4.38V≥4.4V。

   电荷泵电压Vout设置到5.3V,因而,在超级电容器上所答应的总压降是:Va=5.3V-4.4V=0.9V。

   超级电容器压降:Vd=ILED×(ESR +PWFLASH/C)。

   C≥ILED×PWFLASH/(Vd-ILED×ESR)。

   在该实例中,C≥2A×0.15s/(0.9V-2A×ESR)。

   假定超级电容器ESR=100m Ω,则

   C≥2A×0.15s/(0.9V-2A×0.1Ω)=0.43F。

   CAP-XXGS206(0.55F,50mΩ)满意止要求。

   留意,在电路顶用两个超级电容器来完成所有必要的5.5V最大额外电压。

   CAP-XX超级电容器具有十分小的漏电流(一般小于1mA)。但是,当用两个超级电容器串联时,需求元件平衡电路来确保两个元件间任何不同的漏电流不引起中点值电压偏移,使其中一个元件处于过压状况。最简略的元件平衡电路是一对平衡电阻器(见图2和图3)。关于蜂窝电话相机亮光完成,超级电容器在亮光脉冲前将被充电到5V以上,电阻器的合适值是2.2KΩ。这将使总漏电加平衡电路,电流大约为80mA。关于杰出的电池待机时刻,此值是比较大的。可能改善的办法是:(1)当电话不处于待机形式时断开电荷泵,这意味着当电话处于待机状况时,不存在超级电容器和平衡电路漏电流耗费;(2)用一个有源平衡电路(选用高阻抗低电流运放),一个参阅规划可使总电流小于2mA。

   电荷泵的挑选不是关键性的。本电路挑选小尺度的SP6685。环亚国际app。留意,大多数电荷泵的软启动功用在输出不适合处理超级电容器,这是由于放电的超级电容器短路几秒,直到超级电容器电压挨近电荷泵输出电压停止。最简略的计划是在电荷泵的输入添加一个电流约束电阻器(图3中的R11)。

   计划2:超级电容器与电池串联
 

  

   此计划完成电路示于图4。超级电容器是与电池的正极串联。这种装备的长处是:

   只需求单个超级电容器。

   体积是计划一所需双超级电容器的1半,并且本钱较低。

   由于超级电容器+Ve端电压总是≥电池电压,所以没有超级电容器侵入电流。

   由于只要单个元件,所以不需求平衡电路。

   这种装备的缺陷是:电池电流等于亮光电流(计划1中电池电流等于超级电容器充电电流,在LED亮光期间它能够是零)。

   这种装备比电流操控升压转换器或电荷泵直接驱动亮光LED的“规范”拓扑能给出更高的LED电流(在给定电池电流下)。考虑以70%功率电荷泵驱动LED(LED电流为1A),假定LED最大正向电压4.8V、电池电压欠负载下为3.3V,则不必超级电容器时,电池电流为:1A×4.8V/3.3V/70%=2A,这远远大于电池供给的电流值。选用计划2,电池电流仅为1A,得到100%改善。

   图4所示电路的作业状况相似计划1,当第一次加电时,Flash/Torch挑选有必要是低态或浮置,这样使U1使能。依据超级电容器值的巨细,在超级电容器从电池电压(跨接在超级电容器上的0V)彻底充电到V10d起始值(5.1V或跨接在超级电容器上的1.2V)之前需求等3~6秒。在充电期间约束峰值电池电流到300mA左右。跟着超级电容器充电快速下降,计划2中的电荷泵作业状况与计划1中的状况是不相同的,由于总是Vout≥Vin,并且电荷泵从来没有把超级电容视为短路。像计划1那样,电荷泵U1仅用来充电超级电容器,所以,它总是处于Torch形式(引脚4Flsh连接到Gnd)。

   一旦电容器被充电,挑选Flash或Torch形式。当此信号为高态(Flash形式)时,M2导通,为U2(MIC2545)设置电阻器(Q9,R10)。此设置LED电流为2A左右。Flash/Torch高态也使M1导通,断开电荷泵(U1/引脚5为低态)。计划2能做到这样,由于电池经过超级电容器为LED供给电流。坚持电荷泵的使能,能使电池以小于100%功率供给比LED电流大的电流。
像计划1那样,亮光脉冲仅以适当小的量放电超级电容器,所以亮光照像之间从头充电超级电容器的时刻是短的,一般此时刻短于LED所需亮光到冷却之间2秒时刻。

   超级电容器C和ESR挑选如下:

   需求250ms亮光脉冲、0.8A驱动每个LXC1-PWF1 LED,0.8A电流时正向电压为3.7V(答应到4.1V)。

   因而,亮光脉冲结束时超级电容器上的最小电压为:4.1V+0.04V=4.14V。

   Vout(电荷泵电压)设置到5.2V,因而,在超级电容器上所答应的总压降Va为:5.2V-4.14V=1.06V。

   假定超级电容器的ESR为50mΩ,因而,C≥0.8A×0.25s/(1.06V-0.8A×50mΩ)=0.196F。挑选GW109(C为250mF ESR为35mΩ)。在Von表明式顶用70mΩ(加倍)和250mF的ESR和C值代入得到Va=0.8A×(70mΩ+0.25s/0.25F)=0.8×1.07=0.86,此值小于超级电容器所答应的1.06V压降。因而,选用GW109(250mF,35mΩ)。

  

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