- 相機馬達的基礎知識
- 馬達驅動(dòng)的實(shí)現與效率
- 直流致動(dòng)器(actuator)一般用來(lái)驅動(dòng)快門(mén)
- 光學(xué)變焦可采用直流馬達或步進(jìn)馬達來(lái)實(shí)現
消費市場(chǎng)是所有IC電子市場(chǎng)中最大以及成長(cháng)最快的市場(chǎng)。數位相機(DSC)、MP3與DVD播放機、視訊轉換盒、視訊游戲控制臺，以及手機等這些需要用到馬達的電子設備的市場(chǎng)成功，為IC市場(chǎng)注入了發(fā)展動(dòng)力。這些馬達用于控制諸如相機的行動(dòng)鏡頭、硬碟驅動(dòng)器的旋轉以及行動(dòng)讀/寫(xiě)磁頭等。
電子設備中輔助部件使用的馬達數量更多，如冷卻風(fēng)扇和CDROM/RW/DVDROM驅動(dòng)器。最近，照相手機甚至已將馬達整合到手機里。在這些應用中的每一個(gè)馬達都需要馬達驅動(dòng)器，使馬達驅動(dòng)器IC的需求量急劇增加并刺激整個(gè)市場(chǎng)的發(fā)展。
本文將討論現代數位相機對運動(dòng)控制的要求，因為它們可能是在很小體積內裝有馬達數量最多的精巧設備。此外，本文還將討論一種基于高度整合的馬達驅動(dòng)器IC的馬達驅動(dòng)器解決方案(見(jiàn)圖1)。
圖1：DSC使用的所有馬達，其中1為用于快門(mén)的直流致動(dòng)器，2為用于自動(dòng)調焦的步進(jìn)
馬達，3為用于調節光圈的步進(jìn)馬達，4為用于變焦的直流馬達。
相機的基礎知識
大多數數位相機都具有光學(xué)變焦或者數位變焦功能(或者二者都有)。光學(xué)變焦鏡頭實(shí)際上是朝著(zhù)拍攝對象向外運動(dòng)以獲得清晰的特寫(xiě)照片，它與傳統相機中的變焦鏡頭屬于同一類(lèi)型。數位變焦則是相機里的一種軟體功能，即裁剪照片邊緣并以電子方式放大照片的中央部分以填滿(mǎn)整個(gè)畫(huà)面，它會(huì )使照片的清晰度下降。
孔徑(或光圈，光線(xiàn)透過(guò)它進(jìn)入相機)由鏡頭里的鎖光圈(irisdiaphragm)控制，例如一組重疊的金屬薄片形成一個(gè)中心有孔的圓環(huán)，這個(gè)孔的孔徑可根據需要調大或者調小?？扉T(mén)用來(lái)控制允許光線(xiàn)進(jìn)入相機的時(shí)間。透過(guò)調節快門(mén)速度，配合采用合適的光圈大小，便可得到良好曝光所需的合適光量。
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馬達和馬達驅動(dòng)器
圖1顯示了DSC里常見(jiàn)的三種馬達類(lèi)型。直流致動(dòng)器(actuator)一般用來(lái)驅動(dòng)快門(mén)，它以恒流驅動(dòng)(CCD)模式控制，可實(shí)現高速的快門(mén)作業(yè)(現代DSC的快門(mén)速度超過(guò)1/2,000秒)；步進(jìn)馬達則將對自動(dòng)調焦(AF)進(jìn)行精確的位置控制。
光學(xué)變焦可采用直流馬達或步進(jìn)馬達來(lái)實(shí)現。對于快速變焦作業(yè)，特別是當DSC電源打開(kāi)時(shí)，采用直流馬達更好，因為它的轉矩大于步進(jìn)馬達的轉矩。但另一方面，為在正常作業(yè)時(shí)進(jìn)行平滑和精確的變焦，采用步進(jìn)馬達可能會(huì )更好些。對于單光圈應用，可使用DC致動(dòng)器調節光圈，而當需要精確控制位置時(shí)則采用步進(jìn)馬達。
圖2展示了DSC里的所有馬達。這些馬達有6個(gè)專(zhuān)用通道(CH1至CH6)：CH5驅動(dòng)用于快門(mén)作業(yè)的DC致動(dòng)器；CH1和CH2驅動(dòng)用于自動(dòng)調焦的步進(jìn)馬達(有兩個(gè)線(xiàn)圈)；CH3和CH4(兩個(gè)線(xiàn)圈)驅動(dòng)用于調節光圈的步進(jìn)馬達；CH6驅動(dòng)用于光學(xué)變焦的直流馬達，由于直流馬達的轉動(dòng)慣量，CH6具有直流馬達所需的制動(dòng)功能。
驅動(dòng)的實(shí)現與效率
DSC中馬達的主要驅動(dòng)方式為恒壓驅動(dòng)(CVD)與橫流驅動(dòng)，有時(shí)也會(huì )采用電壓脈寬調變(PWM)從一個(gè)固定電源上為不同馬達提供合適電壓。例如，鏡頭筒制造商可能推出工作在3V和3.6V的用于變焦的新型直流馬達與用于調節光圈的直流致動(dòng)器，而可用的VM(即馬達電源電壓)固定為4V。在這種情況下，DSP或伺服IC可能需要產(chǎn)生一個(gè)占空比為0.75和0.9的PWM訊號來(lái)將4V電壓轉換成3V和3.6V。由於小型DSC馬達的電感值很小，所以必須將這種PWM訊號的頻率設置在100kHz以上。
圖2：在DSC鏡頭中組裝的三種馬達。
以Fairchild的馬達驅動(dòng)器ICFAN8702為例，它具有6個(gè)通道(CH1至CH6，每一個(gè)通道驅動(dòng)一個(gè)線(xiàn)圈)，能驅動(dòng)相機里的所有馬達。像這種型號的驅動(dòng)器IC具有4路用于調節輸出電壓及電流的命令輸入，它們分別由接腳VC1、VC2、IAE和ISH設置。正確選擇輸出電壓與電流將使電源功耗最小，這種高度靈活性使諸如CVD、CCD等簡(jiǎn)單的控制方法十分受歡迎因為CVD/CCD除了方法簡(jiǎn)單、結構緊湊、具有成本效益外，還具有低噪音特性。
DSC的功耗
DSC可用一節或兩節鋰離子電池供電，如三星DigimaxV50型DSC可用一節容量大約為5Wh的鋰離子電池(3.7V，1,440mAh)供電；佳能EOS300DDigitalRebel型DSC則可用兩節容量大約為8Wh的鋰離子電池(7.4V，1,100mAh)供電，它一般在閑置模式下消耗1W的功率，在使用閃光燈拍照時(shí)消耗8W的峰值功率。因此，這種相機的工作時(shí)間從1至8小時(shí)不等，取決于它的使用頻率與模式。
應用在數位相機等現代可攜電子設備中的馬達數量的成長(cháng)速度，將繼續超過(guò)傳統用在硬碟驅動(dòng)器里的音圈馬達(voicecoilmotor)和主軸馬達數量的成長(cháng)速度。令人吃驚的是，現在有很多馬達可滿(mǎn)足苛刻的小型化趨勢要求，實(shí)際上‘微型’硬碟(1英寸，1.5GB)現已經(jīng)應用在智慧手機里。
市面上出現的新型照相手機也可能很快采用本文所討論的所有馬達，包括用于光學(xué)變焦與記憶體的馬達，數量將超過(guò)6個(gè)，而且全都組裝在一個(gè)緊湊的空間內。除了這些馬達，現代可攜電子設備還需要效率高、整合度高的馬達驅動(dòng)器，以滿(mǎn)足它們對功耗、控制及縮小空間的日益成長(cháng)的需求。
