数码相机电源管理的单芯片方案

yoyofour

数码相机电源管理的单芯片方案 [复制链接]

供电问题是数码相机设计者必须面对的难题之一。数码相机中包含有光电成像元件（CCD或CMOS传感器）及其驱动电路、高密度模拟及逻辑电路、LCD显示及背光驱动电路等，这些部件的供电要求各不相同，往往需要很多组各不相同的供电电压及偏置电压，而为整个系统提供电力的只能是一个简单的电池组。电池组的输出电压单一而且会在一定范围内变动，无法直接为系统内各部分电路供电，往往需要通过各种电源管理电路进行功率变换，转换到系统所需的各种工作电压。另一方面，数码相机内的空间十分狭小，留给电源管理电路的空间非常有限，这就要求电源管理电路足够的紧凑，具有尽可能高的集成度。除此之外，作为一种大部分时间内依靠电池工作的便携式设备，电池的工作寿命是一项非常重要的性能指标。为了尽量延长电池的工作时间，一方面，要求功率转换电路具有尽可能高的转换效率，另一方面，还要求电源管理电路具有足够的灵活性，便于系统进行低功耗电源管理，根据不同的工作状态，对各组输出进行独立控制，实现分区供电。

针对迅速增长的掌上设备市场，众多集成电路厂商已开发出了大量的电源变换IC。这些IC大多采用简单拓扑(buck，boost，inverter等)进行功率变换，具有比较高的效率和紧凑的电路结构。但这种IC一般只能提供一到两路输出，要满足数码相机的供电要求往往需要很多片IC，使整个方案显得过于臃肿，无论从效率、尺寸还是成本方面来讲都不是一个理想的方案。另外一种可以考虑的方案是采用开关控制器驱动一个多绕组的高频变压器，从变压器的多个副边绕组获得各种系统所需的电压。这种方案常用于台式设备中，但对于数码相机来讲，这种方案有诸多不足之处。首先是这种结构中的副绕组输出的稳定性很难保证。由于没有反馈，副绕组输出具有较高的内阻，负载调整特性差，副绕组输出功率严重依赖于主输出功率，而在数码相机的不同工作状态下，主输出功率是有可能在很大范围内变化的。其次，由于变压器漏感、磁芯的磁滞损耗、输出整流器损耗等，使这种结构的转换效率不可能很高。另外，数码相机中的有些部件对于上电顺序有一定的要求，采用这种结构时就必须增加其它元件来对各路输出进行独立控制。

随着数码相机市场的快速成长，半导体厂商又相继推出了集成化的解决方案。这种方案结合了高转换效率的简单拓扑结构和便于提供多组输出的变压器结构的特点。利用高效率的简单拓朴结构产生低压、大电流电源，使系统的总体效率比较高。利用多绕组变压器产生电压较高、电流很小的各种偏置电源。采用高集成度的单一芯片进行集中控制，使整个方案的尺寸比较小、比较紧凑，在效率、尺寸和成本间获得了一个较为理想的折衷。MAXIM集成产品公司最近推出的MAX1800/MAX1801/MAX1802系列就是这样一种针对数码相机实际要求而设计的高集成度电源管理方案。图1便是MAX1802的典型应用示意图，以下简单介绍其工作原理。

数码相机的供电大致可以分为三大块：图像传感及控制单元，信号处理与系统控制单元，视频显示单元。图像传感大多采用CCD作为传感器件，这部分的典型供电要求包括：+5V/100mA工作电源，+15V/20mA和-8V/20mA偏置电源。信号处理与系统控制单元的典型供电要求包括：+3.3V/0.5～1A外围逻辑和模拟电源，+1.8V/500mA芯核逻辑电源。视频显示单元当采用典型的TFT-LCD时的供电要求为：+5V/10mA工作电源，+15V/4mA和-10V/4mA偏置电源，另外还需要一路背光驱动电源，例如驱动CCFL灯管的190VAC/2mA电源。

MAX1802内部提供两组buck转换器(控制器)和三组PWM控制器。图1所示方案利用其中的一组buck控制器和Q1、Q2、L1和C1、C2构成降压转换器，可以从很宽的输入范围高效率地转换得到稳定的3.3V输出，为系统内的外围逻辑和模拟电路供电。另外一组包含内部开关和同步整流器的buck转换器配合外接电感L2和电容C3、C4由3.3V主输出步降获得1.8V芯核逻辑电源。CCD传感器所需电源利用一组PWM控制器驱动外部开关Q3和变压器T1，从变压器的三个副绕组分别整流得到。由于+5V电流最大、精度要求最高，因此反馈信号可由该路输出取样。采用类似结构，显示单元所需的三组输出可利用第二路PWM控制器得到。CCFL背光电源采用传统的Royer振荡器结构(变压器T3和Q6、Q7、R9、C13），利用第三组PWM控制器和Q6、D7、L3构成buck转换器，可以对背光亮度加以稳定和调节。■