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高效CCD數碼相機電源解決方案
摘要：介紹了CCD數碼相機的結構及對電源的要求，給出了根據電池種類（一般為堿性電池或鋰電池）、電池節數及相機尺寸來決定最佳電源解決方案的實現電路和方法。關鍵詞：數碼相機 電源 電池 充電
1 CCD數碼相機的架構及電源要求
CCD數碼相機一般由以下幾部分組成：
（1）鏡頭模塊（含CCD傳感器、鏡頭和馬達）。CCD傳感器一般需要+15V和-7V～-8V電源，最大電流約20mA；馬達一般需要3.3V或5V電源。
（2）模擬前端電路（AFE），包括CDS、AGC及A/D轉換器，它們所需電源一般為3.3V。
（3）ASIC芯片，包括時鐘發生器、JPEG、DSP、LCD驅動器、CPU及外界音頻、USB、存儲器（SD卡、CF卡等）以有視頻電路的接口等。其中輸出端口需3.3V電壓，CPU核需要1.8V或2.5V電源。
（4）其它電路，包括裝載ROM、SDRAM、鍵盤掃描、電源管理及RTC等，一般也需要3.3V電源。
（5）TFT LCD面板，一般需要+15V和-10V～-32V的驅動電源，有時還需要另一路Vcom電源和白色LED背光電源。
（6）閃光燈電源，一般用反激電路將電池電壓升至300V，再由DC-AC轉換器和大容量電容得到4kV的交流電。表1列出了數碼相機的電源規格。
表1 數碼相機電源規格范例
Maxim公司針對不同的數碼相機推出了多種電源芯片和電路，下面給出兩個典型的應用方案。
2.1 基于MAX1800～MAX1802的電源方案
Maxim專為數碼相機或攝像機設計的第一代電源電路是MAX1800。該芯片內置高效、升壓型DC-DC轉換器、三組輔助升壓轉換器以及一路用于驅動外部P溝道MOSFET以構成線性穩壓器的增益電路。主DC-DC轉換器可接受+0.7～5.5V輸入電壓，能提供2.7～5.5V的可調輸出，其輸出電流可達1.5A。它內置同步整流電路，且工作頻率可調節（最高至1MHz），輕載時會進入脈沖調頻模式，從而可為設計人員提供最佳的效率、尺寸及成本組合。它的三組輔助升壓轉換器及增益電路可用于CCD、LCD、背光和ASIC核電源。此外MAX1800還可提供振蕩器及參考輸出，可用于驅動從控制器MAX1801。MAX1801是一款低成本控制器，可設計成升壓、升降壓（SEPIC）或反激拓撲電路，并可提供一路額外的電源。此外，MAX1800還提供了一些輔助功能，其所有DC-DC轉換器均帶有過流保護，關斷模式下耗電僅1μA。三組輔助升壓轉換器及增益電路都具有軟啟動電路，并可有效抑制浪涌電流，所有電路在主升壓轉換器只有激活后才能進入有效工作狀態，每組轉換器有獨立的開關控制端。圖1所示為MAX1800配合MAX1801構成的典型應用電路。
圖1 MACX1800+MAX1801標準電源電路
MAX1802與MAX1800的功能類似，但其主DC-DC轉換器為降壓型控制器，其輸入/輸出電壓范圍分別為2.5V～11V和2.7V～5.5V，占空比可達100%；另外，MAX1800的增益電路被改為DC-DC轉換器后，最大占空比為94%，最大輸入電流為500mA，輸出電壓可調至1.25V。
2.2 基于MAX1565的數碼相機電源電路
MAX1565芯片具有5路輸出，是一種高效率IC，適用于2至3節堿性電池、NiMH電池或單節鋰電池應用。MAX1565內含內步整流的主升壓DC-DC轉換器、降壓DC-DC轉換器以及三組輔助PWM控制器，其中主升壓型DC-DC的輸入為0.7～5.5V，輸出電壓為固定的3.3V或2.7～5.5V可調。其內置同步整流可獲得95%的效率，且在輕載時可進入脈沖跳頻模式，以提高輕載效率。
降壓型DC-DC轉換器可提供95%以上的轉換效率，輸出電壓可低壓1.25V。有時甚至會更低。軟啟動電路可有效抑制電池浪涌電流，降壓轉換器在主升壓轉換器啟動1024個振蕩周期后才會激活。如果由升壓轉換器輸出提供輸入，則可構成效率達90%的升/降壓型控制器，如果直接由電池輸入，則應保證200mV以上的壓差。
該器件的三組輔助PWM控制器為固定頻率的電壓模式，其輸出功率由外部MOSFET決定，但需在主升壓轉換器輸出穩定后才能正常工作。利用圖2電路可為數碼相機提供電池，并可為馬達、LCD、CCD以及白色LED背光供電。此外，MAX1565還有過流保護功能，它的每組轉換器皆有獨立的開關控制，并可與MAX1801配合產生額外的一路電源。
2.3 MAX1584/MAX1585
該產品是Maxim公司專為溥型CCD數碼相機設計的電源芯片，其應用與MAX1565相似，但三組輔助PWM控制器的結構有所不同:MAX1584的三組輔助PWM控制器中有二組為升壓結構，中用來產生5V及LCD、CCD偏壓，這部分同MAX1565相似。另一組為降壓電路。MAX1585的三組輔助PWM控制器中有一組為升壓結構，一組為降壓結構，另一組為反相器，可用來產生CCD/LCD的負偏壓而不需變壓器，因此，適用于薄型CCD數碼相機。具體電路可參考MAX1854/MAX1858數據資料。
圖2 MAX1565典型電路
3 結論
隨著新型數碼相機尺寸的越來越小，相關的電源設計也必須更精簡、且效率應更高。本文所介紹的數碼相機供電IC內部均帶有同步整數開關，因此在減少相機供電IC內部均帶有同步整流開關，因此在減少外部元件、縮小尺寸的同時還能提高轉換效率。當需5組電源時，可選擇MAX1565/MAX1584或MAX1585，如需6組電源，可選擇MAX1566或MAX1567。如果設計中不允許用變壓器，而且需要提供一組白色LED電流源。則可選擇MAX1567。當然也可以通過增加MAX1801來擴充電源。