超過(guò)2M（二百萬(wàn)）圖元的照相電話在中至低的光度狀況下拍照需要有強(qiáng)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(dòng)器采用流控模式的升壓變換器。如圖1所示，試舉一個(gè)例子，如要驅(qū)動(dòng)兩個(gè)并聯(lián)相接的LED，比如是 Lumileds Luxeon PWF1，每個(gè)需1A電流，在使用高度一致性光學(xué) 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(fù)載下）和升壓變換器效率為85%。在此例中的電池電流將會(huì) = 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(gè)對(duì)流動(dòng)電話形態(tài)來(lái)講是非常笨重的儲(chǔ)存電容器及（2）一個(gè)導(dǎo)致電話和安全問(wèn)題的高壓。還有，在LED閃光燈情況來(lái)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(zhǎng)的閃光曝光時(shí)間，補(bǔ)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(jì)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(jí)電容方案改良所拍攝的照片（右）。 當(dāng)中有兩個(gè)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(jí)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(jí)電容放置在升壓變換器的輸出；及方案2∶將超級(jí)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(shí)現(xiàn)之電路。小型、低成本的限流式電荷泵給超級(jí)電容預(yù)先充電至約5.5V，超級(jí)電容一旦充了電，便可啟動(dòng)電流開關(guān)，送出高流閃光脈沖，其能量和功率乃來(lái)自超級(jí)電容，而非電池和電荷泵。在閃光脈沖期間，可以啟動(dòng)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?kù)侗粏?dòng)狀態(tài)，電池與電荷泵現(xiàn)在送出一個(gè)低於電荷泵限流的定電流。 在參考設(shè)計(jì)中，CAP-XX選取最強(qiáng)光LED-Lumileds LXCL-PWF1，它可處理1A高脈沖電流達(dá)至少200ms之久，這里驅(qū)動(dòng)四個(gè)PWF1，每個(gè)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(dāng)細(xì)小的體型。 下面描述之電路是參照?qǐng)D3，當(dāng)首次施加電源時(shí)，F(xiàn)lash / Torch選擇線必須在低位或浮動(dòng)之中，使到U1（SD6685電荷泵）被啟動(dòng)，這樣令晶體管M1關(guān)閉和U1第5腳（EN）通過(guò)R6被拉到高位。視乎超級(jí)電容大小而定。需等候10-15秒讓超級(jí)電容由0V充電至全滿。當(dāng)超級(jí)電容處?kù)?V時(shí)會(huì)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(lái)給超級(jí)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(jí)電容一旦已充電，可選擇Flash或Torch模式。當(dāng)這信號(hào)是高時(shí)（Flash模式），晶體管M2導(dǎo)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(dāng)Enable輸入（U2第1腳）處?kù)陡呶粫r(shí)，U2便導(dǎo)通，於是LED有電流供應(yīng)而發(fā)光。由於超級(jí)電容的容量非常之大，閃光脈沖只是將超級(jí)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(shí)間是短的，一般約2秒，這是比LED由閃光至冷卻的所需時(shí)間更短。圖5說(shuō)明閃光脈沖期間與之後的超級(jí)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(dāng)U1被禁止時(shí)阻止超級(jí)電容透過(guò)U1放電往電池去。 超級(jí)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(gè)150ms的閃光脈沖以 PWFLASH表示。 · 查L(zhǎng)umileds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(shí)超級(jí)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(jí)電容上的總降壓為Vd = 5.3V－4.4V = 0.9V · 超級(jí)電容之降壓，Vd = ILED x （ ESR + PWFLASH / C） · 再排列各項(xiàng)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(jí)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(jí)電容要有一半之假設(shè)ESR值，為壽命上的老化作出準(zhǔn)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(jí)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(diǎn)，也許需要在C與ESR之間反復(fù)計(jì)算，找出一個(gè)適合的超級(jí)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(diǎn)上。 CAP-XX超級(jí)電容有非常低的漏電，一般少於1μA，可是當(dāng)兩個(gè)電容串聯(lián)使用時(shí)，就需要平衡電路保證兩電容之間的任何漏電差不會(huì)造成中點(diǎn)電壓漂移而使到其中的電容過(guò)壓。最簡(jiǎn)單的平?jīng)_電路是一對(duì)平衡電阻，如圖2和3所示，就流動(dòng)電話照相閃光電路實(shí)現(xiàn)方法來(lái)看 ─ 超級(jí)電容在閃光脈沖之前會(huì)被充電至超過(guò)5V，平衡電阻的適當(dāng)數(shù)值為22kΩ。如超級(jí)電容要維持在正常較佳電壓上（～3.6V）的話。總漏電＋平衡電路電流就會(huì)有約80μA。CAP-XX對(duì)於良好的電池備用時(shí)間不得不承認(rèn)會(huì)是太高，可行的改善方法包括∶（1）當(dāng)電話不在照相模式時(shí)禁止電荷泵功能——換言之，電話在備用狀態(tài)時(shí)，沒(méi)有超級(jí)電容 + 平衡電路　漏。（2）使用高阻抗低流運(yùn)放造成一個(gè)有源平衡電路——從CAP-XX的參考設(shè)計(jì)上取得總電流少於2μA。 電荷泵部份沒(méi)有限制，這里挑選SP6685在於其外型細(xì)小，須注意一點(diǎn)，大多數(shù)電荷泵的軟啟動(dòng)功能未能適當(dāng)處理超級(jí)電容的輸出，原因是超級(jí)電容放電就好像短路數(shù)秒，直至超級(jí)電容電壓接近於電荷泵輸出電壓。簡(jiǎn)單的解決方法是在電荷泵的輸入端加插一個(gè)限流電阻（圖3中的R11）。 結(jié)果 CAP-XX方案能將兩個(gè)超級(jí)電容，圖3電路和四個(gè)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?cè)瓩C(jī)的外貌。圖4示出用來(lái)經(jīng)改良和CAP-XX改良電話所拍攝出來(lái)的照片。未改良的電路以160ms時(shí)間輸送1W的閃光功率，而改良電路則在同一時(shí)間輸送達(dá)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(jí)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(jí)電容再充電時(shí)的電池電流，LED電流和超級(jí)電容電壓的狀況。留意電池電流永不超過(guò)300mA，即使閃光脈沖是4A，超級(jí)電容提供3.7A之差額。 方案2∶超級(jí)電容與電池串聯(lián) 圖6為方案2的方框圖，超級(jí)電容與電池正極串聯(lián)，這種布局方式好處是∶ · 僅需單獨(dú)一個(gè)超級(jí)電容 · 是方案1所需的　裝超級(jí)電容的約一半容量，成本低 · 由於超級(jí)電容正極端電壓常低於電池電壓，沒(méi)有超級(jí)電容浪涌電流 · 由於單一個(gè)超級(jí)電容，不需要平衡電路 這布局缺點(diǎn)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(jí)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(yuǎn)遠(yuǎn)高於采用“標(biāo)準(zhǔn)布局”的流控式升壓變換器或電荷泵直接驅(qū)動(dòng)閃光LED的電流。試看電荷泵在70%效率下以LED電流＝1A驅(qū)動(dòng)LED的情況。假設(shè)LED最大正向電壓＝4.8V和在負(fù)載下的電池電壓＝3.3V。 這樣，在沒(méi)有超級(jí)電容下，電池電流＝1A x4.8V/3.3V/70%＝2A，對(duì)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(shí)在太多了。以方案2來(lái)講，電池電流僅1A而已，即是說(shuō)有100%改善。 參看圖7之方案2的電路實(shí)現(xiàn)方法。正如與方案1的情況一樣，當(dāng)首次施加電源時(shí)，F(xiàn)lash /Torch選擇線必須處?kù)兜臀换蚋?dòng)，使到U1被啟動(dòng)，視乎超級(jí)電容大小而定，需等3至6秒讓超級(jí)電容從電池電壓（超級(jí)電容兩端0V）完滿充電至Vled的起始值（～5. 1V或超級(jí)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(jí)電容充電之時(shí)迅速減低的。電荷泵在方案2的行為有別於方案1。因?yàn)閂out≥Vin（總是），以及電荷泵永不視超級(jí)電容為短路。與方案1一樣，電荷泵（U1）只用來(lái)給超級(jí)電容充電，所以它常在其Torch模式（第4腳Flsh接至Gnd）。 超級(jí)電容一旦已充電，可選Flash或Torch模式，當(dāng)這信號(hào)是高位時(shí)（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(huì)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?yàn)殡姵亟?jīng)已通過(guò)超級(jí)電容輸送LED電流，如任由電荷泵被啟動(dòng)，會(huì)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(jí)電池放電只是一個(gè)很少的數(shù)量，所以閃光拍照之間超級(jí)電容的再充電時(shí)間是很短，一般比LED閃光至冷卻所需的時(shí)間更短（約2秒）。圖8示出當(dāng)電池供應(yīng)充電電流給超級(jí)電容準(zhǔn)備作下一次閃光拍照之時(shí)，閃光脈沖期間及之後的超級(jí)電容電壓、電池電流和LED電流的情況。至於挑選超級(jí)電容的C值和ESR值過(guò)程則如下∶ · 要以0.8A驅(qū)動(dòng)一個(gè)Lumileds LXCL-PWF1，產(chǎn)生250ms的閃光脈沖。 · 查L(zhǎng)umileds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(shí)超級(jí)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(jí)電容上容許的總降壓Vd＝5.2V－4.14V＝1.06V · 假設(shè)超級(jí)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(jí)電容GW109，其C ＝250mF，ESR＝35mΩ，容許ESR值加大一倍，故在Vd 表達(dá)式中代入ESR＝20mΩ和C＝250mF，并檢驗(yàn)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(jí)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(jí)電容電壓的情況。