内容导读：

随着数码相机近年来逐渐成为主流消费品后, 消费者对数码相机功能上的要求亦不断提升。例如: 拍照像素, 短片拍摄功能, LCD显示屏大小及质数素, 影像存储谋体, 体积/重量等等. 亦由于有以上种种的功能需求,电池使用及备用时间成为了数码相机设计工程人员的重要题目。
而本文将针对电源管理方面, 尤其在DC-DC控制器上作出探讨及分析. 并以实例加以说明. 图1为数码相机的典型方块图。
图1  数码相机框图
现在，使用在数码相机上的系统电源可以分为一个复合IC来完成不同输出及由几个DC/DC组合来完成不同输出的电路（图2）。
图2  数码相机电源框图
图中的回路例子是由几个DC/DC组合构成的，其中CCD用的电源，是通过使用变压器产生+15V和-5.5V的电压。这个回路中使用的是VDD/VOUT分离型升压DC/DC(S-8357P50), 以PWM模式并通过外接晶体管进行开关控制。输出电压可以通过改变变压器圈数来产生需要的电压。
I/F (INTERFACE)电源用的是使用了PWM/PFM开关模式的升压DC/DC (S-8358P33)，常用输出电压为3.3V。因为是外接FET，所以可以适用于500mA以上的大电流。另外，使用高频DC/DC产品(600kHz)，可以使用小型电感。
CPU CORE电源常用输出电压是1.8V，所以会应用降压DC/DC (S-8521E18)，使用PWM/PFM开关型较理想，即使是消耗电流很低的情况下，也可以通过PFM方式工作，提高效率。
镜头驱动马达用的电源通常使用5V电压, 由于操作电流较大, 所以会使用PWM控制模式及外接FET DC/DC(S-8357P50)。
这个回路的特长是，使用单个DC/DC，接线比较灵活，可以在基板上选取较为合适的地方安装。而如果用一个复合IC来得到不同输出的话，接线会受到限制，无法合理利用基板的空间，可能导致基板面积增大。所以，使用单个DC/DC的话，可以达到小型化的目的。
图3回路是产生LCD用的正电压和负电压的应用电路。它是使用一个升压DC/DC，产生正负电压的电路。
举例中使用了VDD/VOUT分离型 (S-8356Q50)。在Vout 端子接口，通过使用电阻对输出电压进行分压后再输入电压，可以调整输出电压。通过R1和R2，正电压可以达到很高电压，负电压可以通过C1、SD3、SD2使正电压反转电路为负电压。
这个回路中，正电压直接反转为负电压，所以正电压和负电压不会产生不平衡的电压。
需要不平衡电压时，可在输出端通过晶体管等做成稳压回路，来稳定需要的电压。
图4回路是白光LED用的电源。因为，最近背光上用白光LED灯比较多，以下是由一个升压DC/DC构成的电路。
因白光LED是电流控制的，所以需要稳定的电流。此回路中，流过LED的就是稳定的电流。为控制各LED亮度的偏差，LED采用串联的方式排列。DC/DC控制器采用了(S-8356Q15)VDD端子与VOUT端子分离型，输出电压为1.5V。
在此电路中，决定流过LED电流是R1电阻。即使各个LED的Vf有所偏差，
A点的电压也会被控制在1.5V。因此，比如20mA的电流流过LED，
电阻值则为： 1.5V÷20mA=75Ω
此回路的特点为：因为流过LED的是稳定的电流，所以即使LED的vf有所偏差，各个LED的亮度也会是相同的。而且采用通用的DC/DC，可以很简单的构成所需回路。
图5总结了应怎样选择使用DC/DC。
设计要点有以下四点：输出电流、高效率、小型化、输出电压。
·如需求的输出电流较小，可选择FET内置型的。输出电流需要较大时，选择外接FET类型的。
·有关效率，如果需优先考虑重负荷时的纹波电压及除躁音，可选择PWM控制型的。如果同时亦需重视低负荷时的效率，则可选择PFM/PWM开关控制型的。
·如要求小型化，则可选择可以使用小型线圈的高频产品。
·在输出电压方面，如果输出电压需要达到固定电压以上，或需要不固定的输出电压时，刚可选择输出可变的VDD/VOUT分离型产品。
下面分别说明一下PFM，PWM的优缺点及高频率的优点、VDD/VOUT分离的使用方法。
关于三种控制方式(PWM控制，PFM控制，PWM/PFM开关控制模式)各有各的优点与缺点，下面具体说明一下 (图6)：
DC/DC是通过与内部频率同步开关，进行升压或降压。
DC/DC通过变化开关次数，进行控制，从而得到与设定电压相同的输出电压的。
PFM控制时，当输出电压达到在设定电压以上时，即会停止开关，在下降到设定电压为止，DC/DC是不会进行任何运作。但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC才会再次开始开关，使输出电压达到设定电压。
PWM控制也是与频率同步进行开关，但是它会在达到升压设定值时，尽量减少流入线圈的电流，调整升压，使其它与设定电压保持一致。
与PWM相比，PFM的输出电流要小，但是因PFM控制的DC/DC在达到设定电压以上时就会停止动作，所以消耗电流就会变得很小。因此，消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。
PWM在低负荷时虽然效率较逊色，但是因其纹波电压小，开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较容易，去除噪声也较简单。
若需同时具备PFM与PWM的优点的话, 可选择PWM/PFM开关控制式DC/DC控制器。
此功能是在得重负荷时由PWM控制动作，低负荷时自动切换到PFM控制。也就是说，在一款产品中，同时具备PWM的优点与PFM的优点。
在备有STANDBY mode候命状态模式的系统中，采用PFM/PWM开关控制的产品，能得到较好的效率。
至于高频方面, 通过提高DC/DC的频率(图7)，可以得到各种好处。
高频率化可以实现大电流化，小型化，高效率化。但是，必须注意的是从线圈的特性加以配合才可以提高效率。因为当DC/DC的高频化后，开关次数随之增加的原因，开关损失也会增大，从而导致效率会有所降低。
由此，效率是由线圈性能提升与开关损失增加两方面折衷决定的。
通过使用高效率的产品，相对可使用较低电感值之线圈, 小型线圈就可以被加以使用。即使使用的是小型线圈，也可得到相同的效率及输出电流。
图8说明有关VDD/VOUT分离的DC/DC控制器使用原理及方法。
在调整输出电压使用的时候，或是将输出电压设定在IC的绝对最大额定以上时使用VDD/VOUT分离的产品。
以上线路是VDD与VOUT分离的应用线路图。当需输出超过IC额定耐压值时，VDD接在输出电压端。在VOUT输入用Ra,Rb分压后的电压。通过改变Ra,Rb的电阻值，就可以进行电压调整。
除了需要关注DC-DC控制器本身之特性外, 外接组件的选择也是不能忽视的。
外接组件中的线圈，电容器，FET对于开关电源的特性有着很大的影响。所谓的特性，指的是输出电流，输出纹波电压及效率。
线圈 :
如果需要追求高效率，最好选择直流电阻较小，电感值较小的线圈。
但是，如果电感值较小的线圈用于频率较低的DC/DC，就会超过线圈的额定电流，线圈会产生磁饱和现象，引起效率恶化，或损坏线圈。而且如果电感值太小，也会引起纹波电压变大。所以在选择线圈时，请注意流向线圈的电流不要超过线圈的额定电流。
线圈的选择方法：根据输出电流，DC-DC的频率，线圈的电感值，线圈的额定电流，纹波电压等条件综合决定。
电容 :
输出电容的容量越大，纹波电压就越小。但是如果容量大的话，电容的体积相对也会较大。所以请选择最适合的容量。
三极管 :
作为外接的三极管，与Bipolar相比，因FET的开关速度比较快，所以开关损失会较小，效率比较高一些。
最后再总结一下内容(图12)
·选择弹性较大的DC/DC控制器，扩大了回路设计的范围。
·低消耗电流，高效率，可延长电池的使用寿命。
·选择可使用小型的外接元器件，使产品小型化得以实现。
·备有强而有力的技术支持工具。
最后一点是在前面没有提及过的。在DC/DC设计过程中的技术支持亦是重要的环节。毕竟DC/DC是属于半制定产品. DC/DC是标准的, 但当配上不同外接组件后可以得出不同的效率, 输出电压。故此,DC/DC本身规格固然重要, 但供货商的技术支持亦不可忽视。

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来源:电子产品世界 作者: 时间:2005/6/13 9:43:00