采用超級電容解決照相電話的LED閃光燈電源問題

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。

圖2所示為CAP-XX方案的方框圖，而圖3為實現之電路。小型、低成本的限流式電荷泵給超級電容預先充電至約5.5V，超級電容一旦充了電，便可啟動電流開關，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，電池與電荷泵現在送出一個低於電荷泵限流的@定電流。

在參考設計中，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，這里驅動四個PWF1，每個於900mA，3.6A之總LED電流受到Micrel Mic 2545電流開關的限制，挑選這電流開關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，Flash / 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，Flsh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）設定定流電阻＝R9//R10，是設定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有電流供應而發光。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數據書，得悉在0.9A下的額定LED正向電壓 = 3.75V，容許至4.2V
? 查Micrel數據書，得悉Rdson 阻值50mΩ，所以MIC2545電流開關上的降壓180mV
? 故此，閃光脈沖結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∶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。最簡單的平沖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，平衡電阻的適當數值為22kΩ。如超級電容要維持在正常較佳電壓上（～3.6V）的話。總漏電＋平衡電路電流就會有約80μA。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的參考設計上取得總電流少於2μA。