替代氙气闪光的超级电容LED闪光灯方案论文 .doc

替代氙气闪光的超级电容LED闪光灯论文 .doc 替代氙气闪光的超级电容LED闪光灯方案(1)论文 替代氙气闪光的超级电容LED闪光灯方案 文章要点:氙气闪光方案的高度难以满足超薄照相手机要求 LED闪光方案的厚度仅相当于氙气闪光方案的一半 NCP5680除了驱动LED还管理超级电容 近年来，领先制造商纷纷为照相手机采用更好的镜头及更高像素的图像传感器，如分辨率超过500万像素的手机款式越来越多。为了帮助消费者在低光照环境或弱光下拍得更佳质量的相片，制造商需要在手机中集中高强度的闪光功能。若单纯依靠锂离子电池来为闪光提供能量，那闪光所需要的大脉冲电流会导致电池电压急剧下降，甚至可能低于阈值，导致手机关闭。 常见的一种闪光解决方案是氙气闪光。这种闪光方案中包含铝电解电容、变压器、氙气灯管及驱动器等组件，以极高峰值电压点亮氙气灯管内的气体混合物，燃烧氙气，并开始高强度闪光。这种闪光方案可以采用诸如安森美半导体NCP5080这样的氙气闪光电容充电IC。NCP5080是一款高压升压驱动器，专门用于氙气功率闪光。内置的直流-直流(DC-DC)转换器基于反激架构，带有外部变压器以适合任何范围的高压需求。这器件还集成光电二极管感测功能，防止照片过度曝光。采用NCP5080的这类氙气闪光方案的优势是闪光强度高，接近日光，且性能佳，适合拍摄移动的对象。 但在纤薄外形仍是便携产品重要卖点的今天，氙气闪光方案中铝电解电容较大的直径(约7 mm)和变压器较大的高度(约6 mm)，使整体方案的厚度较大，难以适应超薄照相手机要求。 结合超级电容的LED闪光方案的应用优势 氙气闪光方案在厚度方面的制约，使另一种方案，也就是结合超级电容的大电流LED闪光方案极具吸引力。从光输出来看，最新的高亮度LED(HB-LED)提供可与氙气闪光方案相当的高流明密度;而从尺寸来看，这种方案中带光学组件的LED高度约为3 mm，超级电容的高度更低，整体闪光方案的厚度仅相当于氙气闪光方案的一半。 这种方案中常见大峰值电流，高达数安培(A)的电流会持续约100 ms的时间。超级电容可高达数百微法(μF)，在峰值电流消耗期间为负载供电，而非直接依靠电池。LED驱动器在闪光期间为恒定电流稳流。业界首款10 A电流的超级电容LED闪光驱动器NCP5680便应运而生，这款安森美半导体的集成型LED闪光和电源管理方案采用超薄的3.5 mm x 3.5 mm x 0.55 mm的μQFN-24封装，结合由 Cap-XX提供的最新纤薄棱形超级电容，提供与氙气闪光相媲美的高强度闪光，但整体方案的尺寸仅为氙气闪光方案的一半，非常适合超薄照相手机及数码相机的需求。 这器件配合锂离子电池，管理一颗超级电容来驱动LED闪光至充分亮度，提供达10 A的峰值电流。NCP5680中的集成驱动器还管理超级电容，处理其它消耗大峰值电流的功能，如变焦、自动对焦、音频、视频、无线传输、全球卫星定位系统(GPS)数据读取及射频(RF)放大等，帮助延长电池使用时间，更好地符合消费者的期望。 此外，NCP5680集成超级电容充电、浪涌电流管理和LED电流控制所需的全部电路，节省设计人员的开发时间、电路板空间及元器件成本。超级电容充电和放电完全可编程控制，确保为高质量拍照提供恰当的光。 值得一提的是，NCP5680以I2C接口提供灵活的控制。NCP5680中的I2C寄存器让用户能实时调节两颗LED中各颗LED的输出电流及闪光持续时间。所以这方案能提供不同的光照效果，如指示灯、预闪光、拍照用功率闪光灯，及视频摄录用电筒光。NCP5680连接至环境光传感器时，会自动限制闪光持续时间，防止照片过度曝光，以保障照片质量。NCP5680还提供众多保护特性，保护闪光电路免受驱动电路及LED任何故障的影响fan【】LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出:可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。 LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结管芯，当注入pn结的少数载流子与多数载流子复合时，就会发出可见光，紫外光或近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此，并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与包封材料，应用要求提高LED的内、外部量子效率。常规Φ5mm型LED封装是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在引线架上，管芯的正极通过球形接触点与金丝，键合为内引线与一条管脚相连，负极通过反射杯和引线架的另一管脚相连，然后其顶部用环氧树脂包封。反射杯的作用是收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角内发射。顶部包封的环氧树脂做成一定形状，有这样几种作用:保护管芯等不受外界侵蚀;采用不同的形状和材料性质(掺或不掺散色剂)，起透镜或漫射透镜功能，控制光的发散 角;管芯折射率与空气折射率相关太大，致使管芯内部的全反射临界角很小，其有源层产生的光只有小部分被取出，大部分易在管芯内部经多次反射而被吸收，易发生全反射导致过多光损失，选用相应折射率的环氧树脂作过渡，提高管芯的光出射效率。用作构成管壳的环氧树脂须具有耐湿性，绝缘性，机械强度，对管芯发出光的折射率和透射率高。选择不同折射率的封装材料，封装几何形状对光子逸出效率的影响是不同的，发光强度的角分布也与管芯结构、光输出方式、封装透镜所用材质和形状有关。若采用尖形树脂透镜，可使光集中到LED的轴线方向，相应的视角较小;如果顶部的树脂透镜为圆形或平面型，其相应视角将增大。 一般情况下，LED的发光波长随温度变化为0(2-0(3nm,?，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使结区产生温升，在室温附近，温度每升高1?，LED的发光强度会相应地减少1,左右，封装散热;时保持色纯度与发光强度非常重要，以往多采用减少其驱动电流的办法，降低结温，多数LED的驱动电流限制在20mA左右。但是，LED的光输出会随电流的增大而增加，目前，很多功率型LED的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构，全新的LED封装设计理念和低热阻封装结构及技术，改善热特性。例如，采用大面积芯片倒装结构，选用导热性能好的银胶，增大金属支架的面积，焊料凸点的硅载体直接装在热沉上等。此外，在应用设计中，PCB线路板等的热设计、导热性能也十分重要。 进入21世纪后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红、橙LED光效已达到100Im,D进程更是产业界研发的主流方向。 产品封装结构类型 自上世纪九十年代以来，LED芯片及材料制作技术的研发取得多项突破，透明衬底梯形结构、纹理表面结构、芯片倒装结构，商品化的超高亮度(1cd以上)红、橙、黄、绿、蓝的LED产品相继问市，如表1所示，2000年开始在低、中光通量的特殊照明中获得应用。LED的上、中游产业受到前所未有的重视，进一步推动下游的封装技术及产业发展，采用不同封装结构形式与尺寸，不同发光颜色的管芯及其双色、或三色组合方式，可生产出多种系列，品种、规格的产品。 LED产品封装结构的类型如表2所示，也有根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等情况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源，多个管芯组装一般可构成面光源和线光源，作信息、状态指示及显示用，发光显示器也是用多个管芯，通过管芯的适当 连接(包括串联和并联)(FAN)