LT3420是一款电源IC，主要设计用于将大值电容器充电到高压，例如用于数码相机和胶片相机的闪光灯。这些电容器通常被称为闪光灯或频闪电容器，其范围从一百微法拉到毫瓦，目标输出电压高于300V。闪光灯电容器用于储存大量能量，这些能量几乎可以在瞬间释放出来，为氙灯供电，为闪光灯摄影提供必要的光线。传统的闪光电容器充电方法，如自振荡式，效率极低。更现代的技术使用许多分立器件来实现反激变换器，但需要较大的电路板面积，并且受到峰值电流的影响，降低了电池寿命。LT3420集成了一个低电阻集成开关，并采用了一种新的正在申请专利的控制技术来解决这个困难的高压电源问题。使用LT3420，只需要几个外部组件就可以创建一个完整的解决方案，这在不断缩小的相机设计中节省了宝贵的电路板空间。LT3420的效率很高，通常大于75%，同时该部件的峰值电流得到很好的控制，这是延长电池寿命的重要特征。

概述

图1a显示了LT3420的闪光灯应用程序。为了产生所需的高输出电压，LT3420被设计成在反激开关稳压器拓扑中工作。LT3420采用自适应导通/关断时间控制方案，可实现卓越的效率和精确的开关电流控制。如图1b所示，LT3420可以在3.5s内将一个220μF的电容从50V充电到320V，输入电压为5V。充电时间随着V(IN)的增大而减小，如图1c所示。50V作为计算充电时间的起点，因为氙灯在这个电压下会自动熄灭，停止闪光灯电容器上的进一步电压下降。

在图1a中，C4右侧的电路显示了一旦闪光灯电容器充电后产生光脉冲的典型方式。当可控硅被点燃时，氙灯泡旁边的飞铅达到许多千伏的电位。这电离了灯泡内的气体，形成了一条穿过灯泡的低阻抗路径。储存在闪光灯电容器中的能量迅速流过氙气灯泡，产生一束光。实现如图1a所示的地路由是很重要的，因为在闪光期间，数百安培可以在粗体线所表示的走线中流动。不正确的地路由会导致电路的不稳定行为。

图2显示了LT3420的简化框图。在任何给定的时刻，主锁存器确定LT3420处于两种模式中的哪一种:“供电”或“刷新”。在供电模式下，较小的虚线框包围的电路被启用，为闪光灯电容器C4充电。输出电压通过变压器初级上的反激脉冲来监测。由于不需要输出分压器，因此消除了功率损失的重要来源。事实上，输出电容上唯一的直流损耗是由于电容固有的自漏和整流二极管的微小漏电造成的。这导致了当LT3420处于关机状态时，闪光电容器能够保留其大部分能量。

一旦达到目标输出电压，供电模式终止，部件进入刷新模式。在刷新模式下，电源输出块被禁用，减少静态电流，而刷新定时器被启用。刷新定时器简单地产生一个用户可编程的延迟，之后该部分重新进入供电模式。一旦进入供电模式，LT3420将再次向输出供电，直到达到目标电压。图3是一个示波器，显示了闪光灯电容器的初始充电和随后的刷新动作。上面的波形是输出电压。中间波形是CT引脚上的电压。较低的波形显示输入电流。零件的模式在照片下方显示。

用户可以击败刷新定时器，并通过切换CHARGE引脚高，然后低，然后再高，迫使部分进入供电模式。CHARGE引脚上的低到高转换触发一枪，设置主锁存器，使部件处于电力输送模式。将CHARGE调低使零件处于关闭状态。刷新定时器可以通过简单地接地CT引脚编程为无限期等待。在此配置中，LT3420只能通过切换CHARGE引脚重新进入供电模式。

在供电模式下，LT3420通过自适应控制开关的通断时间来工作。控制开关接通时间，使一次电流峰值为1.4A(典型)。开关关断时间是可控的，所以最小二次电流是40mA(典型)。使用这种类型的控制方案，该部分始终在CCM(连续传导模式)中运行，导致输出电容快速充电。这种方案的一个附带好处是，该部分可以在输出上无限期地短路。图4a和图4b分别为V(OUT)为100V和300V时，供电方式下的相关电流。请注意，导通和关断时间是如何自动调整的，以保持变压器一次和二次的峰值电流恒定，因为V(OUT)增加。

测量效率

测量为大容量负载充电的电路的效率是一个困难的问题，特别是对于闪光灯电容器。测量电容器充电电路效率的理想方法是找到传递到输出电容器的能量(0.5·C·V(2))，并将其除以总输入能量。这种方法在这里并不适用，因为闪光灯电容器远非理想。除其他外，它们具有相对高的泄漏电流，大量的介电吸收和显著的电压系数。一种更准确、更简单的方法是测量效率作为输出电压的函数。在闪光灯电容器的地方，使用一个更小的，高质量的电容器，减少与非理想的闪光灯电容器相关的误差。使用可调负载，输出电压可以设置在接地和最大输出电压之间的任何地方。效率用输出功率(V(OUT)·I(OUT))除以输入功率(V(IN)·I(IN))来衡量。图5显示了图1中电路的效率，这是使用这种方法测量的。这种方法还提供了一种比较各种充电电路的好方法，因为它从测量中消除了闪光灯电容器的可变性。给理想电容充电时，电路的总效率是给定效率曲线随V(OUT)变化的时间平均值。

标准变压器

Linear Technology Corporation与多家变压器制造商(包括TDK, Pulse和Sumida)合作，提供针对LT3420优化的变压器设计，适用于大多数应用。详细信息请咨询变压器生产厂家。如果您希望设计自己的变压器，LT3420数据表包含有关问题的部分。

专业闪光灯充电器

图6显示了一个专业级充电器，设计用于快速高效地为大型(>500μF)闪光灯电容器充电。在这里，多个LT3420电路可以并行使用。图中最上面的电路是主充电器。它的工作原理就好像它是电路中唯一的充电器。该充电器的DONE信号由Q1反转，并驱动所有其他从充电器的CHARGE引脚。请注意，接地RREF和CT引脚禁用从充电器的控制电路。给定电容器的充电时间与使用的充电器数量成反比。三个充电器并联使用的充电时间是单个充电器对同一个闪光灯电容器充电时间的三分之一。该电路可以在3.5s内将一个650μF的电容从5V充电到320V。

与微控制器的接口

LT3420可以很容易地连接到微控制器。CHARGE和DONE引脚分别是该部件的控制和模式指示引脚。通过利用这些引脚，可以在任何时候选择性地禁用和启用LT3420。该微控制器可以完全控制LT3420。图7显示了当充电周期中途将CHARGE引脚驱动为低电平时，LT3420电路被选择性地禁用。在数码相机的敏感操作中，这可能是必要的。一旦充电引脚返回到高状态，充电继续从它离开的地方。

可调输入电流

对于许多类型的现代电池，可以从电池中提取的最大允许电流是有限的。这通常是通过有源电路或多熔丝来完成的。数码相机的不同部分在某些工作阶段可能需要高电流，而在其他时候则需要很少的电流。闪光灯充电电路应该能够适应这些变化的电流，当相机的其他部分吸收更少的电流时，它会吸收更多的电流，反之亦然。这有助于减少闪光灯电容器的充电时间，同时避免从电池中吸取过多电流的风险。LT3420电路的输入电流可以通过PWM(脉冲宽度调制)信号驱动CHARGE引脚来调节。微处理器可以调节PWM信号的占空比以达到所需的输入电流水平。有许多方案可以实现这个功能。一旦达到目标输出电压，PWM信号应停止，以避免闪光灯电容器过度充电，因为在CHARGE引脚的信号覆盖刷新定时器。

实现可调输入电流的简单方法如图8所示。PWM信号的频率为1kHz。当ON为逻辑高电平时，电路使能，CHARGE引脚由PWM信号驱动。当达到目标输出电压时，DONE变高，CHARGE也变高。A1的输出变高，无论PWM信号如何，这都迫使CHARGE变高。部件现在处于Refresh模式。一旦刷新周期结束，DONE引脚变低，允许PWM信号再次驱动CHARGE引脚。这个功能可以很容易地在微控制器中实现。图9显示了改变PWM信号占空比时图1电路的输入电流。

结论

LT3420为闪光灯电容器的充电提供了高效集成的解决方案。许多重要的功能都被整合到设备中，包括自动刷新、严格控制电流和集成电源开关，从而减少了外部部件的数量。LT3420采用小型，低调的MSOP-10封装，形成完整的解决方案，比传统方法占用的PC板空间少得多。也许最重要的是，LT3420为复杂的高电压问题提供了一个简单的解决方案，使相机设计师可以把时间花在其他重要的事情上，比如增加像素数或添加新的相机功能。