用TPS62200作為OMAP1510的動態電壓縮放器

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毫無疑問的,延長可攜式電子產品之電池使用壽命將有助于該產品的銷售。對微處理器而言,降低內部時脈頻率以及/或降低核心電壓均有助于降低其功率消耗。動態電壓縮放(Dynamic voltage scaling , DVS)技術常用來降低核心電壓以降低功率消耗。本文將說明如何使用TPS62200降壓型轉換器來實現動態電壓縮放技術并作為OMAP1510處理器之電源。

下列式子將說明使用TI-DSP核心之微處理器的功率消耗計算方式：

PC ~ (VC)2 × f

其中PC代表核心功率消耗,VC為核心電壓,f則為核心時脈頻率。

因此,降低內部時脈頻率以及/或降低核心電壓均可降低核心之功率消耗。動態電壓縮放技術一般常用來降低核心電壓以達到降低核心功率消耗的目的。本文將說明如何使用TPS62200降壓型轉換器來實現動態電壓縮放技術并作為OMAP1510處理器之電源。

OMAP1510處理器具有兩種操作模式：AWAKE（喚醒）模式以及低功耗的DEEP-SLEEP（深睡眠）模式。在AWAKE模式時,OMAP1510處理器需要1.5伏特的輸入電壓。在DEEP-SLEEP模式時,OMAP1510處理器可操作在1.1或1.5伏特的輸入電壓下。

在DEEP-SLEEP模式時,若輸入電壓VDDx = 1.1 伏特,OMAP1510處理器的功率消耗將會降至最低。圖1為使用TPS62200可調式降壓型轉換器實現動態電壓縮放技術之電路圖。圖中還包括了一個外加的回授電阻RX以及被稱為低功率模式(Low Power Mode, LPM)的數字控制訊號,該訊號在電壓由1.5伏特降為1.1伏特時會轉為低態。



  圖1 使用TPS62200作為OMAP1510的動態電壓縮放器

控制訊號LPM透過RX將電流注入回授網絡中以藉此改變輸出電壓。式1以及式2將電流在回授節點VFB上加總。對式1以及式2同時求解并將其代回以求解RB可得式3以及式4。這些方程式可用來計算注入電阻RX以及底端回授電阻RB。在圖1中,RT = 402 k?,VO_HI = 1.5 伏特,VO_LO = 1.1 伏特,VLPM_HI = 2.8 伏特,VLPM_LO = 0 伏特以及VFB = 0.5 伏特。



  圖2為當負載電流降至300 微安培時的輸出電壓瞬時

瞬時時間過長的原因是因為用來將10-μF輸出電容器由1.5 伏特放電至1.1 伏特的放電電流僅有300 微安培。




        圖2 兩種輸出電壓間的瞬時

TPS62200非常適用于實現動態電壓縮放技術。當OMAP1510操作在AWAKE模式下時,TPS62200操作在PWM模式以達致高效率的目的并提供較高的負載電流。當OMAP1510操作在DEEP-SLEEP模式下時,TPS62200操作在PFM模式以更有效率的提供數百微安培的低負載電流。舉例來說,當使用TPS62200以及一個3.6伏特,1 Ah的鋰離子電池作為OMAP1510芯片的輸入電源時,本架構可達到下列的特性：

(1) 不使用動態電壓縮放的DEEP-SLEEP 模式：VO = 1.5 伏特, 300 µA
(TPS62200 操作于 PFM 模式) 效率= 93% ;

(2) 使用動態電壓縮放的DEEP-SLEEP 模式：VO = 1.1 伏特, 250 µA (TPS62200 操作于 PFM 模式) 效率= 93% ;

(3) AWAKE 模式：VO = 1.5 伏特, 100 mA (TPS62200 操作于 PWM 模式) 效率= 96% 。

假設微處理器操作在AWAKE 模式下的時間占5%,操作在DEEP-SLEEP 模式下的時間占95%,此一電池將可使用九個小時。

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