一種可變色溫智能led攝影閃光燈的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電子和微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管的特性和微控制器的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在攝影中使用的電子閃光燈普遍是氙氣燈，氙氣燈采用高壓放電原理，可瞬間發(fā)出非常亮的光，瞬時功率可達上百瓦。但其存在著以下幾點問題:1、發(fā)光前需要較長時間充電產(chǎn)生高壓，氣體放電時的功率和時間難以控制；2、難以實現(xiàn)較長時間高速連閃；3、發(fā)光色溫不可改變；4、電光轉(zhuǎn)換效率低；5、難以發(fā)出弱光進行測光和調(diào)焦。
[0003]半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)為低壓器件，發(fā)光功率和發(fā)光時間容易控制，可高速連閃，發(fā)出的光譜范圍可從紅外到可見光、甚至到紫外均可實現(xiàn)。LED電光轉(zhuǎn)換效率高，很容易發(fā)出弱光進行測光和調(diào)焦。但是LED存在著以下缺點:1、單顆LED燈珠功率不夠大，通常要數(shù)百顆燈珠同時使用才能達到上述氙氣燈的發(fā)光強度；2、同時，串并聯(lián)的燈珠較多就帶來了體積較大的問題，不適于常規(guī)攝影使用；3、LED在大功率工作時，很容易過熱導(dǎo)致光衰；因此，目前在攝影領(lǐng)域，LED燈通常只是用做補光燈。
[0004]為了克服上述氙氣燈和常規(guī)LED在攝影領(lǐng)域使用中的各種缺陷，亟需發(fā)明一種放電功率和時間可控、高速連閃、發(fā)光色溫范圍大且可調(diào)整、電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、發(fā)光強度大、散熱快的LED閃光燈。
[0005]本實用新型基于對LED脈沖特性的研究，通過使用瞬間超限電流、特殊大功率LED燈珠和超高功率密度組裝，結(jié)合微控制器(MCU)的智能監(jiān)測、通信和控制技術(shù)，設(shè)計出一種全新的高指數(shù)、高效率、高速連閃、色溫可變、體積小、功能強的LED閃光燈。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本實用新型旨在提出一種可變色溫智能LED攝影閃光燈，以滿足對LED閃光燈多色溫、高效率、高速連閃、高光強的要求。
[0007]為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0008]一種可變色溫智能LED攝影閃光燈，其特征在于:包括微控制器以及與微控制器連接的發(fā)光裝置、顯示裝置以及電源；用微控制器可實現(xiàn)智能監(jiān)測和控制，實現(xiàn)LED弱光輸出、多機同步、連閃、特技等效果；
[0009]所述發(fā)光裝置包括微控制器連接的若干個具有不同色溫的LED燈組，本實用新型的電光轉(zhuǎn)換效率高，色溫變化范圍廣；
[0010]進一步的，還包括監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括用于監(jiān)測LED燈組是否過熱的溫度監(jiān)測裝置、用于監(jiān)測電源電量是否滿足的電壓監(jiān)測裝置以及用于監(jiān)測環(huán)境光強度的光強監(jiān)測裝置中的任一種或兩種以上；所述監(jiān)測裝置的監(jiān)測結(jié)果均傳遞到微控制器當(dāng)中并通過顯示裝置顯示。
[0011]進一步的，每個所述LED燈組均由一個或多個串聯(lián)的高亮度LED燈珠或模塊組成，所述模塊由多個LED芯片串聯(lián)和/或并聯(lián)而成。
[0012]進一步的，所述高亮度LED燈珠為硅基、藍寶石基或碳化硅基的正裝、垂直或倒裝結(jié)構(gòu)的LED，其中碳化硅基倒裝LED性能最好。
[0013]進一步的，閃光燈啟動后，每個所述LED燈組均被微控制器通過功率放大單元施加瞬間超限電流，使得每個LED燈組的瞬間發(fā)光功率為額定功率的2-3倍。
[0014]進一步的，所述功率放大單元為級聯(lián)的PNP中功率管和NPN大功率管、達林頓晶體管或者集成功率放大器；實驗樣機中，所述PNP中功率管型號為SS8550，所述NPN大功率管型號為13005。
[0015]進一步的，所述溫度監(jiān)測裝置采用集成溫度傳感器或熱敏電阻監(jiān)測LED燈組的散熱片溫度，當(dāng)散熱片溫度過高或升溫過快時，溫度監(jiān)測裝置將信號通過微控制器傳遞到顯示裝置顯示警告，微控制器限制LED燈組的輸出功率；實驗樣機中，所述集成溫度傳感器型號為 DS18B20。
[0016]進一步的，所述電壓監(jiān)測裝置采用高速A/D或電壓比較器監(jiān)測電池電壓和閃光時電壓波動情況，當(dāng)電壓過低時通過顯示裝置顯示警告，微控制器計算和調(diào)整閃光時間以控制輸出功率。
[0017]進一步的，所述微控制器分別采用一路或多路的開漏輸出控制每個所述LED燈組，每個LED燈組點亮?xí)r的所述超限電流為毫秒級脈沖電流，所述脈沖電流的占空比可變、電流大小可變；當(dāng)LED燈組與微控制器之間采用多路開漏輸出連接時，每個LED燈組的電流大小具有三種或四種以上的不同數(shù)值。
[0018]進一步的，所述微控制器通過高頻脈沖實現(xiàn)對LED燈組點亮?xí)r瞬間功率的控制，所述高頻脈沖的時間寬度調(diào)整精度是微秒級的。
[0019]進一步的，本實用新型還包括若干個引閃，所述引閃用于外接引閃器或照相機，多個引閃以及通信組件可以實現(xiàn)多機聯(lián)動的功能。
[0020]進一步的，本實用新型還包括通信組件，所述通信組件連接其他閃光燈或照相設(shè)備，實現(xiàn)同步工作。
[0021]所述微控制器內(nèi)可預(yù)先內(nèi)置電源電壓監(jiān)測和異常中斷功能。
[0022]本實用新型對LED在Ims左右或更短的時間內(nèi)發(fā)出光的強度要求較高，需在LED上加以瞬間超大電流才能滿足，在這方面不同LED的特性是不同的，如圖1所示碳化硅基倒裝LED在超大脈沖電流條件下的表現(xiàn)較好；
[0023]圖1為碳化硅基倒裝LED樣品的發(fā)光效率圖譜，圖2為垂直結(jié)構(gòu)的LED樣品發(fā)光效率圖譜，這兩種LED的最大功率同為5W，碳化硅基倒裝LED樣品的芯片面積1_2，垂直結(jié)構(gòu)的LED樣品芯片面積2mm2;碳化硅基倒裝LED在峰值電流3A時達到最大輸出光功率，瞬間功耗超過10W，而垂直結(jié)構(gòu)的LED性能相差很遠。
[0024]碳化硅基氮化鎵LED基于第三代半導(dǎo)體技術(shù)，是目前LED領(lǐng)域中的佼佼者，其良好的晶體質(zhì)量、高飽和載流子迀移率、高導(dǎo)熱系數(shù)和高功率密度使其可以經(jīng)受超大電流的沖擊和惡劣環(huán)境的影響。本實用新型中對碳化硅基倒裝結(jié)構(gòu)LED進行超限使用，即使其瞬時發(fā)光功率超過額定功率的2-3倍。
[0025]對多種I瓦及I瓦以上大功率碳化硅基氮化鎵LED燈珠進行了脈沖測試，正常散熱條件下，對LED燈珠加以I毫秒時長兩倍于燈珠最大電流的超限電流，并使總占空比小于等于1%。所有試驗燈珠均可連續(xù)工作，而沒有發(fā)生損毀，實驗中瞬間電流可超限至碳化硅基氮化鎵LED燈珠最大電流的3倍，占空比可達10%。
[0026]對于閃光燈點亮?xí)r瞬間功率的控制，除控制電流外，采用占空比可變高頻脈沖來實現(xiàn)功率控制，這里的高頻脈沖為微秒級。
[0027]功率型LED在使用中的重要問題是散熱，如不及時散熱，LED產(chǎn)生的熱量會使結(jié)溫上升，光效下降，甚至出現(xiàn)光衰。目前照相機的連拍速度在每秒幾張到幾十張，相對連續(xù)點亮的補光燈，LED閃光燈的平均功率并不是很高，LED閃光燈追求的是瞬間的強光，LED瞬間工作時產(chǎn)生的熱量可在LED關(guān)閉時逐步散去，故可以參考LED閃光燈的平均功率設(shè)計較小的散熱器。
[0028]隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進，LED的光效持續(xù)提高，采用高光效的碳化硅基倒裝LED可大大降低發(fā)熱量，由于平均功率并不大，散熱對碳化硅基倒裝LED閃光燈來說問題不大。本實用新型控制總占空比小于等于1%，LED平均功率為瞬間功率的I %以下，可使用超高功率密度結(jié)構(gòu)，并可用金屬散熱外殼，大大減小產(chǎn)品體積。
[0029]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型所述的可變色溫智能LED閃光燈具有以下優(yōu)勢:
[0030](I)用高亮度大功率LED燈珠組代替?zhèn)鹘y(tǒng)閃光燈中的氙氣燈，電光轉(zhuǎn)換效率高，通過多色溫LED燈組組合方式實現(xiàn)閃光燈的色溫可變；用微控制器實現(xiàn)智能監(jiān)測和控制，實現(xiàn)LED弱光輸出、多機同步、連閃、特技等效果；
[0031](2)用給LED燈珠施加瞬間超限電流方式獲得瞬間超強光強，大大減少LED使用數(shù)量，LED超高密度使用，大大減少閃光燈體積，進一步減小了使LED閃光燈產(chǎn)品的體積，閃光功率大，效率高，使用靈活；
[0032](3)通過微控制器輸出控制LED燈珠的電流大小可以靈活控制LED閃光燈的瞬間功率，微秒級可調(diào)高頻脈沖點亮LED燈珠，使閃光燈瞬時功率可調(diào)；
[0033](4)通過微控制器輸出控制LED燈珠的通電時間可以靈活控制LED閃光燈的閃光時長，閃光時長可從幾微秒至幾毫秒間調(diào)整，閃光時LED工作電路占空比可調(diào)，可多次連閃，最小閃光間隔可達幾毫秒；
[0034](5)通過微控制器的多路輸出，可控制多路不