超過2M（二百萬）圖元的照相電話在中至低的光度狀況下拍照需要有強光的閃光燈才可保證拍出優(yōu)質(zhì)的相片，可是，電池給與系統(tǒng)的能力有限，因它不能傳送高電流脈沖給LED有足夠的光度輸出，從而拍攝明亮的高解像照片。 傳統(tǒng)的LED閃光驅(qū)動器采用流控模式的升壓變換器。如圖1所示，試舉一個例子，如要驅(qū)動兩個并聯(lián)相接的LED，比如是 Lumileds Luxeon PWF1，每個需1A電流，在使用高度一致性光學 透鏡下於2米距離處產(chǎn)生大約20lux（流明）。升壓變換器的輸出電壓 = LED正向電壓 +檢流電阻Rsense上的降壓。最大正向電壓 = 4.8V，并假定檢流電阻上有200mV，那麼升壓變換器輸出電 壓 = 5V。假設(shè)照相電話電池電壓 =3.3V（在負載下）和升壓變換器效率為85%。在此例中的電池電流將會 = 5V / 3.3V / 85% x 2A =3.6A，這已超出一般電話電池的能力了。 另一解決方案是采用氙閃光燈，但這需要∶（1）一個對流動電話形態(tài)來講是非常笨重的儲存電容器及（2）一個導致電話和安全問題的高壓。還有，在LED閃光燈情況來講，可以采用較低電流的同一LED電路作為捕捉影像和電筒功能。 為要克服功率限制，有些照相電話供應(yīng)商已使用長的閃光曝光時間，補償光量不足，因此要增加總光能，但此舉卻造成照片模糊不清。 設(shè)計方案 圖4. 在光度低下用一般照相電話拍攝的照片（左）與電話使用CAP-XX超級電容方案改良所拍攝的照片（右）。 當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選取最強光LED-Lumileds LXCL-PWF1，它可處理1A高脈沖電流達至少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細小的體型。 下面描述之電路是參照圖3，當首次施加電源時，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。當這信號是高時（Flash模式），晶體管M2導通，這是為U2（MIC2545）設(shè)定定流電阻＝R9//R10，是設(shè)定LED閃光電流。 當Enable輸入（U2第1腳）處於高位時，U2便導通，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，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上。 CAP-XX超級電容有非常低的漏電，一般少於1μA，可是當兩個電容串聯(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會是太高，可行的改善方法包括∶（1）當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。 電荷泵部份沒有限制，這里挑選SP6685在於其外型細小，須注意一點，大多數(shù)電荷泵的軟啟動功能未能適當處理超級電容的輸出，原因是超級電容放電就好像短路數(shù)秒，直至超級電容電壓接近於電荷泵輸出電壓。簡單的解決方法是在電荷泵的輸入端加插一個限流電阻（圖3中的R11）。 結(jié)果 CAP-XX方案能將兩個超級電容，圖3電路和四個替代的LED加入於現(xiàn)有名牌子的照相電話里面并不用改變原機的外貌。圖4示出用來經(jīng)改良和CAP-XX改良電話所拍攝出來的照片。未改良的電路以160ms時間輸送1W的閃光功率，而改良電路則在同一時間輸送達15W的閃光功率。 圖5. 方案1閃光脈沖期間和之後的電池，LED閃光電流，超級電容電壓的情況 圖5示出在閃光脈沖期間和該脈沖之後超級電容再充電時的電池電流，LED電流和超級電容電壓的狀況。留意電池電流永不超過300mA，即使閃光脈沖是4A，超級電容提供3.7A之差額。 方案2∶超級電容與電池串聯(lián) 圖6為方案2的方框圖，超級電容與電池正極串聯(lián)，這種布局方式好處是∶ · 僅需單獨一個超級電容 · 是方案1所需的　裝超級電容的約一半容量，成本低 · 由於超級電容正極端電壓常低於電池電壓，沒有超級電容浪涌電流 · 由於單一個超級電容，不需要平衡電路 這布局缺點是∶ · 電池電流＝LED閃光電流；這與方案1不同，電池電流＝只有超級電容充電電流（并可以是零 ─ 在LED閃光期間）。 這種方式在已定的電池電流下取得的LED電流遠遠高於采用“標準布局”的流控式升壓變換器或電荷泵直接驅(qū)動閃光LED的電流。試看電荷泵在70%效率下以LED電流＝1A驅(qū)動LED的情況。假設(shè)LED最大正向電壓＝4.8V和在負載下的電池電壓＝3.3V。 這樣，在沒有超級電容下，電池電流＝1A x4.8V/3.3V/70%＝2A，對於電池要舒適地輸送電流和仍要供電給電話的其馀電路實在太多了。以方案2來講，電池電流僅1A而已，即是說有100%改善。 參看圖7之方案2的電路實現(xiàn)方法。正如與方案1的情況一樣，當首次施加電源時，F(xiàn)lash /Torch選擇線必須處於低位或浮動，使到U1被啟動，視乎超級電容大小而定，需等3至6秒讓超級電容從電池電壓（超級電容兩端0V）完滿充電至Vled的起始值（～5. 1V或超級電容兩端1.2V）。在充電期間，高峰電池電流被限制至約300mA，這是在超級電容充電之時迅速減低的。電荷泵在方案2的行為有別於方案1。因為Vout≥Vin（總是），以及電荷泵永不視超級電容為短路。與方案1一樣，電荷泵（U1）只用來給超級電容充電，所以它常在其Torch模式（第4腳Flsh接至Gnd）。 超級電容一旦已充電，可選Flash或Torch模式，當這信號是高位時（Flash模式），M2是ON，這將U2（MIC2545）的設(shè)流電阻定在＝R9//R10＝120Ω//1150Ω＝110Ω。此舉把LED電流定於約2A。Flash/Torch處高位也令M1在ON，這會禁止電荷泵功能（把U1第5腳拉至低位）。這是在方案2中的做法，因為電池經(jīng)已通過超級電容輸送LED電流，如任由電荷泵被啟動，會造成電池提供較大的LED電流及效率低於100%。 正如在方案1中，閃光脈沖將超級電池放電只是一個很少的數(shù)量，所以閃光拍照之間超級電容的再充電時間是很短，一般比LED閃光至冷卻所需的時間更短（約2秒）。圖8示出當電池供應(yīng)充電電流給超級電容準備作下一次閃光拍照之時，閃光脈沖期間及之後的超級電容電壓、電池電流和LED電流的情況。至於挑選超級電容的C值和ESR值過程則如下∶ · 要以0.8A驅(qū)動一個Lumileds LXCL-PWF1，產(chǎn)生250ms的閃光脈沖。 · 查Lumileds數(shù)據(jù)書，得悉在0.8A下的正向電壓＝3.7V，容許至4.1V。 · 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<40mV。 · 故此，閃光脈沖結(jié)束時超級電容上的最小電壓＝4.1V + 0.04V＝4.14V。 · Vout（電荷泵電壓）設(shè)定於5.2V，故在超級電容上容許的總降壓Vd＝5.2V－4.14V＝1.06V · 假設(shè)超級電容之ESR＝50mΩ，故C≥0.8A x 0.25s/（ 1.06V－0.8A x 0.05Ω）＝0.196F挑選超級電容GW109，其C ＝250mF，ESR＝35mΩ，容許ESR值加大一倍，故在Vd 表達式中代入ESR＝20mΩ和C＝250mF，并檢驗降壓是否少1.06V∶ Vd＝0.8A x（70mΩ + 0.25s /0.25F）＝0.8 x 1.07＝0.86，即少於1.06V。 故選用GW109（250mF，35）超級電容。 圖8. 方案2閃光脈沖期間和之後的電池、LED閃光電流、超級電容電壓的情況。