根据驱动电路的输出特性,白光 LED 闪光灯的驱动电路可分为恒压型和恒流型;按电路工作原理,可以分为电感升压电路和电荷泵电路。白光 LED 是电流驱动型器件,其亮度与电流成比例关系。在恒压型驱动电路中往往有一个电阻与白光 LED 串联,用来设置产生预期白光 LED 正向电流所需的电压。这种方式有一个缺点,即白光 LED 正向电压的任何变化都会导致白光 LED 电流的变化,从而无法保证流过白光 LED 的电流等于预设置值、也就无法确保白光 LED 的亮度恒定。
而在恒流型驱动电路中,是通过检测串联在白光 LED 回路电阻的电压来保证流过白光 LED 的电流恒定的,这种方式可以消除由正向电压变化而产生的电流变化,因此白光 LED 可产生相对恒定的亮度。
由于移动电话的锂离子电池的工作电压范围一般为 3.2~4.2 V,而白光 LED 的正向电压一般为 3~4 V,且白光 LED 闪光灯一般为多个白光 LED 串、并联在一起以提供闪光功能所需的光通量,所以在低电压输入、高电压输出时必须采用升压电路将电压升高以驱动白光 LED。驱动白光 LED 闪光灯时一般采用两种方式升压:一种是以电感为储能元件的升压式变换器,另一种是以电容为储能元件的电荷泵。采用电感升压变换器的优点是效率相对较高。

图 1 采用电感升压变换器驱动标准白光 LED 的应用电路

图 2 采用电荷泵驱动标准白光 LED 的应用电路
电荷泵采用电容作储能元件,且不需要外接电感,因此不存在电磁干扰的问题,整个解决方案所占 PCB 的面积也较小,但相对来说效率较低。由于闪光灯工作时间非常短、持续时间一般为 100~300 ms,所以其效率对电池使用时间的影响不是太大。
在白光 LED 驱动电路的设计中,有两个参数会影响设计方案的选择:一个是白光 LED 正向电压,另一个是电源的工作电压。电感式升压变换器通常用于驱动串联的白光 LED,它能够产生充足的输出电压以提供可被编程的驱动白光 LED 电流。采用这种驱动方法时,因为无论正向电压高低所有的白光 LED 都能获得相同的电流,又因为白光 LED 的亮度与流经的白光 LED 正向电流成正比,所以白光 LED 阵列的亮度非常均衡、和谐。
电荷泵可以产生值为输入电压整数倍的输出电压,若要提高其扩大倍数需增加泵电容和开关电路,因此电荷泵的实际输出电压被限制为 2 倍的输入电压。虽然有些电荷泵能够提供分数倍输出电压(1.5 倍),但是需要 2 个泵电容。因为 2 倍压是最方便的升压倍数,考虑到白光 LED 典型的正向电压,则电荷泵方法主要用于驱动并联的白光 LED。因为每个并联支路的白光 LED 必须独立控制,这必然会导致白光 LED 阵列之间出现轻微的亮度失谐,这种亮度失谐现象在电荷泵驱动方法中是不可避免的。
与整数倍压电荷泵驱动方法相比,电感升压变换器的效率更高。在电感升压变换器设计中白光 LED 是串联的,所以升压控制器与白光 LED 之间只需两条 PCB 走线、在设计上是一个很重要的优势。虽然电感升压变换器设计的引脚数量少、且允许使用比电荷泵设计更小的封装,但电感升压变换器需要电感器,这会导致占 PCB 的总体面积变大变厚;另外与电荷泵设计中的泵电容对比,其外接电感器成本昂贵。电感升压变换器的噪声通常比电荷泵高,因此为了限制或避免不同组件之间的干扰,需要更精确的设计。