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使用TPS62200作為OMAP1510的動(dòng)態(tài)電壓縮放器
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(xiāo)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(chēng)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：
不使用動(dòng)態(tài)電壓縮放的DEEP-SLEEP 模式：
(TPS62200 操作于 PFM模式) VO = 1.5 伏特, 300 μA
效率= 93%使用動(dòng)態(tài)電壓縮放的DEEP-SLEEP 模式：
(TPS62200 操作于 PFM模式)VO = 1.1 伏特, 250 μ
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