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使用TPS62200作为OMAP1510的动态电压缩放器

来源:电子产品世界/PMP Portable Power Jeff Falin?? 2005年09月24日 ?? 收藏0
?????? 毫无疑问的,延长可携式电子产品之电池使用寿命将有助于该产品的销售。对微处理器而言,降低内部时脉频率以及/或降低核心电压均有助于降低其功率消耗。动态电压缩放(Dynamic voltage scaling , DVS)技术常用来降低核心电压以降低功率消耗。本文将说明如何使用TPS62200降压型转换器来实现动态电压缩放技术并作为OMAP1510处理器之电源。

?????? 下列式子将说明使用TI-DSP核心之微处理器的功率消耗计算方式:

?????? PC ~ (VC)2 × f

?????? 其中PC代表核心功率消耗,VC为核心电压,f则为核心时脉频率

?????? 因此,降低内部时脉频率以及/或降低核心电压均可降低核心之功率消耗。动态电压缩放技术一般常用来降

低核心电压以达到降低核心功率消耗的目的。本文将说明如何使用TPS62200降压型转换器来实现动态电压缩放技术并作为OMAP1510处理器之电源。

?????? OMAP1510处理器具有两种操作模式:AWAKE(唤醒)模式以及低功耗的DEEP-SLEEP(深睡眠)模式。在AWAKE模式时,OMAP1510处理器需要1.5伏特的输入电压。在DEEP-SLEEP模式时,OMAP1510处理器可操作在1.1或1.5伏特的输入电压下。在DEEP-SLEEP模式时,若输入电压VDDx = 1.1 伏特,OMAP1510处理器的功率消耗将会降至最低。图1为使用TPS62200可调式降压型转换器实现动态电压缩放技术之电路图。图中还包括了一个外加的回授电阻RX以及被称为低功率模式(Low Power Mode, LPM)的数字控制讯号,该讯号在电压由1.5伏特降为1.1伏特时会转为低态。

使用TPS62200作为OMAP1510的动态电压缩放器

?图1 使用TPS62200作为OMAP1510的动态电压缩放器

?????? 控制讯号LPM透过RX将电流注入回授网络中以藉此改变输出电压。式1以及式2将电流在回授节点VFB上加总。对式1以及式2同时求解并将其代回以求解RB可得式3以及式4。这些方程式可用来计算注入电阻RX以及底端回授电阻RB。在图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。

公式

?????? 图2为当负载电流降至300 微安培时的输出电压瞬时。瞬时时间过长的原因是因为用来将10-μF输出电容器由1.5伏特放电至1.1伏特的放电电流仅有300 微安培。

两种输出电压间的瞬时

图2 两种输出电压间的瞬时

?????? TPS62200非常适用于实现动态电压缩放技术。当OMAP1510操作在 AWAKE模式下时,TPS62200操作在PWM模式以达致高效率的目的并提供较高的负载电流。当OMAP1510操作在DEEP-SLEEP模式下时,TPS62200操作在PFM模式以更有效率的提供数百微安培的低负载电流。举例来说,当使用TPS62200以及一个3.6伏特,1 Ah的锂离子电池作为OMAP1510芯片的输入电源时,本架构可达到下列的特性:

?????? 不使用动态电压缩放的DEEP-SLEEP 模式: (TPS62200 操作于 PFM模式) VO = 1.5 伏特, 300 μA 效率= 93% 使用动态电压缩放的DEEP-SLEEP 模式: (TPS62200 操作于 PFM模式) VO = 1.1 伏特, 250 μA效率= 93% AWAKE 模式:(TPS62200 操作于 PWM模式) VO = 1.5 伏特, 100 mA效率= 96%

?????? 假设微处理器操作在AWAKE 模式下的时间占5%,操作在DEEP-SLEEP 模式下的时间占95%,此一电池将可使用九个小时。


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动态? 电压? 缩放器?

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