一种可变色温智能led摄影闪光灯的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子和微电子技术领域，特别是涉及半导体发光二极管的特性和微控制器的应用。
【背景技术】
[0002]目前在摄影中使用的电子闪光灯普遍是氙气灯，氙气灯采用高压放电原理，可瞬间发出非常亮的光，瞬时功率可达上百瓦。但其存在着以下几点问题:1、发光前需要较长时间充电产生高压，气体放电时的功率和时间难以控制；2、难以实现较长时间高速连闪；3、发光色温不可改变；4、电光转换效率低；5、难以发出弱光进行测光和调焦。
[0003]半导体发光二极管(LED)为低压器件，发光功率和发光时间容易控制，可高速连闪，发出的光谱范围可从红外到可见光、甚至到紫外均可实现。LED电光转换效率高，很容易发出弱光进行测光和调焦。但是LED存在着以下缺点:1、单颗LED灯珠功率不够大，通常要数百颗灯珠同时使用才能达到上述氙气灯的发光强度；2、同时，串并联的灯珠较多就带来了体积较大的问题，不适于常规摄影使用；3、LED在大功率工作时，很容易过热导致光衰；因此，目前在摄影领域，LED灯通常只是用做补光灯。
[0004]为了克服上述氙气灯和常规LED在摄影领域使用中的各种缺陷，亟需发明一种放电功率和时间可控、高速连闪、发光色温范围大且可调整、电光转换效率高、体积小、发光强度大、散热快的LED闪光灯。
[0005]本实用新型基于对LED脉冲特性的研究，通过使用瞬间超限电流、特殊大功率LED灯珠和超高功率密度组装，结合微控制器(MCU)的智能监测、通信和控制技术，设计出一种全新的高指数、高效率、高速连闪、色温可变、体积小、功能强的LED闪光灯。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本实用新型旨在提出一种可变色温智能LED摄影闪光灯，以满足对LED闪光灯多色温、高效率、高速连闪、高光强的要求。
[0007]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0008]一种可变色温智能LED摄影闪光灯，其特征在于:包括微控制器以及与微控制器连接的发光装置、显示装置以及电源；用微控制器可实现智能监测和控制，实现LED弱光输出、多机同步、连闪、特技等效果；
[0009]所述发光装置包括微控制器连接的若干个具有不同色温的LED灯组，本实用新型的电光转换效率高，色温变化范围广；
[0010]进一步的，还包括监测装置，所述监测装置包括用于监测LED灯组是否过热的温度监测装置、用于监测电源电量是否满足的电压监测装置以及用于监测环境光强度的光强监测装置中的任一种或两种以上；所述监测装置的监测结果均传递到微控制器当中并通过显示装置显示。
[0011]进一步的，每个所述LED灯组均由一个或多个串联的高亮度LED灯珠或模块组成，所述模块由多个LED芯片串联和/或并联而成。
[0012]进一步的，所述高亮度LED灯珠为硅基、蓝宝石基或碳化硅基的正装、垂直或倒装结构的LED，其中碳化硅基倒装LED性能最好。
[0013]进一步的，闪光灯启动后，每个所述LED灯组均被微控制器通过功率放大单元施加瞬间超限电流，使得每个LED灯组的瞬间发光功率为额定功率的2-3倍。
[0014]进一步的，所述功率放大单元为级联的PNP中功率管和NPN大功率管、达林顿晶体管或者集成功率放大器；实验样机中，所述PNP中功率管型号为SS8550，所述NPN大功率管型号为13005。
[0015]进一步的，所述温度监测装置采用集成温度传感器或热敏电阻监测LED灯组的散热片温度，当散热片温度过高或升温过快时，温度监测装置将信号通过微控制器传递到显示装置显示警告，微控制器限制LED灯组的输出功率；实验样机中，所述集成温度传感器型号为 DS18B20。
[0016]进一步的，所述电压监测装置采用高速A/D或电压比较器监测电池电压和闪光时电压波动情况，当电压过低时通过显示装置显示警告，微控制器计算和调整闪光时间以控制输出功率。
[0017]进一步的，所述微控制器分别采用一路或多路的开漏输出控制每个所述LED灯组，每个LED灯组点亮时的所述超限电流为毫秒级脉冲电流，所述脉冲电流的占空比可变、电流大小可变；当LED灯组与微控制器之间采用多路开漏输出连接时，每个LED灯组的电流大小具有三种或四种以上的不同数值。
[0018]进一步的，所述微控制器通过高频脉冲实现对LED灯组点亮时瞬间功率的控制，所述高频脉冲的时间宽度调整精度是微秒级的。
[0019]进一步的，本实用新型还包括若干个引闪，所述引闪用于外接引闪器或照相机，多个引闪以及通信组件可以实现多机联动的功能。
[0020]进一步的，本实用新型还包括通信组件，所述通信组件连接其他闪光灯或照相设备，实现同步工作。
[0021]所述微控制器内可预先内置电源电压监测和异常中断功能。
[0022]本实用新型对LED在Ims左右或更短的时间内发出光的强度要求较高，需在LED上加以瞬间超大电流才能满足，在这方面不同LED的特性是不同的，如图1所示碳化硅基倒装LED在超大脉冲电流条件下的表现较好；
[0023]图1为碳化硅基倒装LED样品的发光效率图谱，图2为垂直结构的LED样品发光效率图谱，这两种LED的最大功率同为5W，碳化硅基倒装LED样品的芯片面积1_2，垂直结构的LED样品芯片面积2mm2;碳化硅基倒装LED在峰值电流3A时达到最大输出光功率，瞬间功耗超过10W，而垂直结构的LED性能相差很远。
[0024]碳化硅基氮化镓LED基于第三代半导体技术，是目前LED领域中的佼佼者，其良好的晶体质量、高饱和载流子迀移率、高导热系数和高功率密度使其可以经受超大电流的冲击和恶劣环境的影响。本实用新型中对碳化硅基倒装结构LED进行超限使用，即使其瞬时发光功率超过额定功率的2-3倍。
[0025]对多种I瓦及I瓦以上大功率碳化硅基氮化镓LED灯珠进行了脉冲测试，正常散热条件下，对LED灯珠加以I毫秒时长两倍于灯珠最大电流的超限电流，并使总占空比小于等于1%。所有试验灯珠均可连续工作，而没有发生损毁，实验中瞬间电流可超限至碳化硅基氮化镓LED灯珠最大电流的3倍，占空比可达10%。
[0026]对于闪光灯点亮时瞬间功率的控制，除控制电流外，采用占空比可变高频脉冲来实现功率控制，这里的高频脉冲为微秒级。
[0027]功率型LED在使用中的重要问题是散热，如不及时散热，LED产生的热量会使结温上升，光效下降，甚至出现光衰。目前照相机的连拍速度在每秒几张到几十张，相对连续点亮的补光灯，LED闪光灯的平均功率并不是很高，LED闪光灯追求的是瞬间的强光，LED瞬间工作时产生的热量可在LED关闭时逐步散去，故可以参考LED闪光灯的平均功率设计较小的散热器。
[0028]随着生产技术的不断改进，LED的光效持续提高，采用高光效的碳化硅基倒装LED可大大降低发热量，由于平均功率并不大，散热对碳化硅基倒装LED闪光灯来说问题不大。本实用新型控制总占空比小于等于1%，LED平均功率为瞬间功率的I %以下，可使用超高功率密度结构，并可用金属散热外壳，大大减小产品体积。
[0029]相对于现有技术，本实用新型所述的可变色温智能LED闪光灯具有以下优势:
[0030](I)用高亮度大功率LED灯珠组代替传统闪光灯中的氙气灯，电光转换效率高，通过多色温LED灯组组合方式实现闪光灯的色温可变；用微控制器实现智能监测和控制，实现LED弱光输出、多机同步、连闪、特技等效果；
[0031](2)用给LED灯珠施加瞬间超限电流方式获得瞬间超强光强，大大减少LED使用数量，LED超高密度使用，大大减少闪光灯体积，进一步减小了使LED闪光灯产品的体积，闪光功率大，效率高，使用灵活；
[0032](3)通过微控制器输出控制LED灯珠的电流大小可以灵活控制LED闪光灯的瞬间功率，微秒级可调高频脉冲点亮LED灯珠，使闪光灯瞬时功率可调；
[0033](4)通过微控制器输出控制LED灯珠的通电时间可以灵活控制LED闪光灯的闪光时长，闪光时长可从几微秒至几毫秒间调整，闪光时LED工作电路占空比可调，可多次连闪，最小闪光间隔可达几毫秒；
[0034](5)通过微控制器的多路输出，可控制多路不