高效CCD数码相机电源解决方案

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高效CCD数码相机电源解决方案

摘要：介绍了CCD数码相机的结构及对电源的要求，给出了根据电池种类（一般为碱性电池或锂电池）、电池节数及相机尺寸来决定最佳电源解决方案的实现电路和方法。
     关键词：数码相机 电源 电池 充电
1 CCD数码相机的架构及电源要求
CCD数码相机一般由以下几部分组成：
（1）镜头模块（含CCD传感器、镜头和马达）。CCD传感器一般需要+15V和-7V～-8V电源，最大电流约20mA；马达一般需要3.3V或5V电源。
（2）模拟前端电路（AFE），包括CDS、AGC及A/D转换器，它们所需电源一般为3.3V。
（3）ASIC芯片，包括时钟发生器、JPEG、DSP、LCD驱动器、CPU及外界音频、USB、存储器（SD卡、CF卡等）以有视频电路的接口等。其中输出端口需3.3V电压，CPU核需要1.8V或2.5V电源。
（4）其它电路，包括装载ROM、SDRAM、键盘扫描、电源管理及RTC等，一般也需要3.3V电源。
（5）TFT LCD面板，一般需要+15V和-10V～-32V的驱动电源，有时还需要另一路Vcom电源和白色LED背光电源。
（6）闪光灯电源，一般用反激电路将电池电压升至300V，再由DC-AC转换器和大容量电容得到4kV的交流电。表1列出了数码相机的电源规格。

表1 数码相机电源规格范例

	电 压	误差范围	电 流
			标准值	最大值	用途
DC/DC（1）	15.5V	±0.45V	-	20mA	CCD
	15.0	±1.0V	-	10mA	LCD
DC/DC（2）	-8.0V	±0.35V	-	30mA	CCD&LCD
DC/DC（3）	5.0V	±0.5V	10mA	20mA	LCD
	5.3V	±0.2V	5mA	10mA	LCD VCOM
DC/DC（4）	3.3V	±5%	150mA	200mA	系统
DC/DC（5）	1.8V	±5%	100mA	150mA	CPU核
DC/DC（6）	4.8V	±5%	350mA	500mA	马达
DC/DC（7）	7.0V	±0.5V	20mA	30mA	背光

Maxim公司针对不同的数码相机推出了多种电源芯片和电路，下面给出两个典型的应用方案。
2.1 基于MAX1800～MAX1802的电源方案
Maxim专为数码相机或摄像机设计的第一代电源电路是MAX1800。该芯片内置高效、升压型DC-DC转换器、三组辅助升压转换器以及一路用于驱动外部P沟道MOSFET以构成线性稳压器的增益电路。主DC-DC转换器可接受+0.7～5.5V输入电压，能提供2.7～5.5V的可调输出，其输出电流可达1.5A。它内置同步整流电路，且工作频率可调节（最高至1MHz），轻载时会进入脉冲调频模式，从而可为设计人员提供最佳的效率、尺寸及成本组合。它的三组辅助升压转换器及增益电路可用于CCD、LCD、背光和ASIC核电源。此外MAX1800还可提供振荡器及参考输出，可用于驱动从控制器MAX1801。MAX1801是一款低成本控制器，可设计成升压、升降压（SEPIC）或反激拓扑电路，并可提供一路额外的电源。此外，MAX1800还提供了一些辅助功能，其所有DC-DC转换器均带有过流保护，关断模式下耗电仅1μA。三组辅助升压转换器及增益电路都具有软启动电路，并可有效抑制浪涌电流，所有电路在主升压转换器只有激活后才能进入有效工作状态，每组转换器有独立的开关控制端。图1所示为MAX1800配合MAX1801构成的典型应用电路。


图1 MACX1800+MAX1801标准电源电路


       MAX1802与MAX1800的功能类似，但其主DC-DC转换器为降压型控制器，其输入/输出电压范围分别为2.5V～11V和2.7V～5.5V，占空比可达100%；另外，MAX1800的增益电路被改为DC-DC转换器后，最大占空比为94%，最大输入电流为500mA，输出电压可调至1.25V。
2.2 基于MAX1565的数码相机电源电路
MAX1565芯片具有5路输出，是一种高效率IC，适用于2至3节碱性电池、NiMH电池或单节锂电池应用。MAX1565内含内步整流的主升压DC-DC转换器、降压DC-DC转换器以及三组辅助PWM控制器，其中主升压型DC-DC的输入为0.7～5.5V，输出电压为固定的3.3V或2.7～5.5V可调。其内置同步整流可获得95%的效率，且在轻载时可进入脉冲跳频模式，以提高轻载效率。
降压型DC-DC转换器可提供95%以上的转换效率，输出电压可低压1.25V。有时甚至会更低。软启动电路可有效抑制电池浪涌电流，降压转换器在主升压转换器启动1024个振荡周期后才会激活。如果由升压转换器输出提供输入，则可构成效率达90%的升/降压型控制器，如果直接由电池输入，则应保证200mV以上的压差。
该器件的三组辅助PWM控制器为固定频率的电压模式，其输出功率由外部MOSFET决定，但需在主升压转换器输出稳定后才能正常工作。利用图2电路可为数码相机提供电池，并可为马达、LCD、CCD以及白色LED背光供电。此外，MAX1565还有过流保护功能，它的每组转换器皆有独立的开关控制，并可与MAX1801配合产生额外的一路电源。
2.3 MAX1584/MAX1585
该产品是Maxim公司专为溥型CCD数码相机设计的电源芯片，其应用与MAX1565相似，但三组辅助PWM控制器的结构有所不同:MAX1584的三组辅助PWM控制器中有二组为升压结构，中用来产生5V及LCD、CCD偏压，这部分同MAX1565相似。另一组为降压电路。MAX1585的三组辅助PWM控制器中有一组为升压结构，一组为降压结构，另一组为反相器，可用来产生CCD/LCD的负偏压而不需变压器，因此，适用于薄型CCD数码相机。具体电路可参考MAX1854/MAX1858数据资料。


图2 MAX1565典型电路


3 结论
随着新型数码相机尺寸的越来越小，相关的电源设计也必须更精简、且效率应更高。本文所介绍的数码相机供电IC内部均带有同步整数开关，因此在减少相机供电IC内部均带有同步整流开关，因此在减少外部元件、缩小尺寸的同时还能提高转换效率。当需5组电源时，可选择MAX1565/MAX1584或MAX1585，如需6组电源，可选择MAX1566或MAX1567。如果设计中不允许用变压器，而且需要提供一组白色LED电流源。则可选择MAX1567。当然也可以通过增加MAX1801来扩充电源。