用TPS62200作為OMAP1510的動(dòng)態(tài)電壓縮放器

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毫無(wú)疑問(wèn)的,延長(zhǎng)可攜式電子產(chǎn)品之電池使用壽命將有助于該產(chǎn)品的銷售。對(duì)微處理器而言,降低內(nèi)部時(shí)脈頻率以及/或降低核心電壓均有助于降低其功率消耗。動(dòng)態(tài)電壓縮放(Dynamic voltage scaling , DVS)技術(shù)常用來(lái)降低核心電壓以降低功率消耗。本文將說(shuō)明如何使用TPS62200降壓型轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)并作為OMAP1510處理器之電源。

下列式子將說(shuō)明使用TI-DSP核心之微處理器的功率消耗計(jì)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(shí)脈頻率。

因此,降低內(nèi)部時(shí)脈頻率以及/或降低核心電壓均可降低核心之功率消耗。動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)一般常用來(lái)降低核心電壓以達(dá)到降低核心功率消耗的目的。本文將說(shuō)明如何使用TPS62200降壓型轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)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(shí),OMAP1510處理器需要1.5伏特的輸入電壓。在DEEP-SLEEP模式時(shí),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(shí),若輸入電壓VDDx = 1.1 伏特,OMAP1510處理器的功率消耗將會(huì)降至最低。圖1為使用TPS62200可調(diào)式降壓型轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)之電路圖。圖中還包括了一個(gè)外加的回授電阻RX以及被稱為低功率模式(Low Power Mode, LPM)的數(shù)字控制訊號(hào),該訊號(hào)在電壓由1.5伏特降為1.1伏特時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)為低態(tài)。



  圖1 使用TPS62200作為OMAP1510的動(dòng)態(tài)電壓縮放器

控制訊號(hào)LPM透過(guò)RX將電流注入回授網(wǎng)絡(luò)中以藉此改變輸出電壓。式1以及式2將電流在回授節(jié)點(diǎn)VFB上加總。對(duì)式1以及式2同時(shí)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(lái)計(jì)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(dāng)負(fù)載電流降至300 微安培時(shí)的輸出電壓瞬時(shí)

瞬時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的原因是因?yàn)橛脕?lái)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(shí)

TPS62200非常適用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓縮放技術(shù)。當(dāng)OMAP1510操作在AWAKE模式下時(shí),TPS62200操作在PWM模式以達(dá)致高效率的目的并提供較高的負(fù)載電流。當(dāng)OMAP1510操作在DEEP-SLEEP模式下時(shí),TPS62200操作在PFM模式以更有效率的提供數(shù)百微安培的低負(fù)載電流。舉例來(lái)說(shuō),當(dāng)使用TPS62200以及一個(gè)3.6伏特,1 Ah的鋰離子電池作為OMAP1510芯片的輸入電源時(shí),本架構(gòu)可達(dá)到下列的特性：

(1) 不使用動(dòng)態(tài)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(dòng)態(tài)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(shè)微處理器操作在AWAKE 模式下的時(shí)間占5%,操作在DEEP-SLEEP 模式下的時(shí)間占95%,此一電池將可使用九個(gè)小時(shí)。

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