针对高分辨率照相手机的LED闪光灯超级电容参考设计

　　设计师面临的挑战是如何高效地将电池、DC/DC转换器和超级电容连接起来，做到既能限制超级电容的尖峰充电电流，又能在负载之间不断地对超级电容进行再充电。能够满足超级电容充电要求的LED闪光灯驱动器现在已经在市场上出现，它可以使得设计师的工作更轻松，并节省PCB空间、成本和上市时间。数码相机的LED闪光灯需要1～2A电流才能持续闪光120ms。

　　超级电容可用来储存必需的电流，并在不分流主电池的情况下快速供电。与电池一起工作时，超级电容在峰值负载期间释放其储存的电流，在两个峰值负载之间则进行再充电。与纯电池供电设备相比，带超级电容的电源系统可提供高达2倍的电能，而且还可延长电池的寿命。很明显，不管设计师在何时使用超级电容，他们都必须限制尖峰电流。此外，当电压掉到LED闪光灯的工作电压以下时，超级电容就需要再充电。当超级电容充满电时，它必须与充电源断开。另外，它还需要短路保护、源过压保护和过流保护。

　　超级电容带来的好处

　　超级电容可以大于500k的周期在数秒内完成再充电，并将电能储存在静电场中。由于完全充满电时只有大负载电流才可能把电压降得过低，因此超级电容的使用也减少了ESR和阻抗。

　　超级电容可以制造成任何尺寸和外形，不管是扁平型还是小尺寸。超级电容还具有很长的寿命（10～12年）。与电池不同，它们具有非破坏性的开路（高ESR）故障模式。如果一个过高电压施加到该器件上，唯一的后果是ESR的轻微增加，并最终演变到开路状态。整个过程不会起火、起烟或爆炸。

　　设计解决方案

　　超级电容供电的LED闪光灯单元可以驱动大电流LED，它提供的闪光亮度是标准电池供电LED闪光灯单元的许多倍，或持续时间超过氙气灯。如图1所示，AAT1282含有一个升压转换器，它用来将3.2～4.2V电池输入电压提升到稳定的5.5V。如果电池电压为3.5V，且升压转换器效率是90%，那么电池需要提供3A以上的电流，才能维持一个2A闪光脉冲。这不是会导致电池保护电路关断电池，就是会引起一个低电压关断，而此时电池仍具有大量的电能。

图1 用超级电容为LED供电

　　这一解决方案还提供一些闪光灯管理功能，如电影模式和超级电容充电功能。该解决方案控制和调节来自手机电池源的电流、提升电池电压和管理超级电容的充电，以控制和提供终端应用中的LED闪光灯所需要的大电流。

　　为更好地实现这一目标， AAT1282具有防止启动时过大尖峰电流冲击的内置电路、一个固定的800mA输入电流限制器、以及一个超级电容充满电后的负载断开电路。其输出电压受限于内部过压保护电路，可防止转换器和超级电容免受一个开路LED（开路条件下）的损害。

　　在开路状态期间，输出电压上升并到达5.5V（典型值），过压保护电路关闭开关电路，阻止输出电压进一步升高。一旦开路状态解除，开关电路马上恢复工作。控制器回归到正常工作状态，并维持一个平均输出电压。一个工业标准I2C串行数字输入接口使能/锁定LED，以及用高达16个针对更低光输出要求的电影模式设置设定电影模式电流。

　　一个详细的原理图（见图2）显示超级电容周围只需要少量的元器件。一个0.55F、85mΩ的超级电容与AAT1282 LED闪光灯驱动器一起使用时可提供9W的LED突发电能。为了达到很高的光亮度，LED闪光灯的驱动电流介于1～2A之间。LED上的正向电压（VF）可以上升到4.8V。如果我们包括电流控制电路的200mV开销，你就很容易看到在闪光事件期间总的负载电压是如何上升到5V的，这也证明了5.5V输出电压是有必要的。