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使用TPS62200作为OMAP1510的动态电压缩放器

来源:epc.com.cn 作者:TI/PMP Portable Power Jeff Fal

毫无疑问的,延长便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。

  下式说明了使用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。
  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1.5V的输入电压。在DEEP-SLEEP模式时,OMAP1510处理器可操作在1.1V或1.5V的输入电压下。在DEEP-SLEEP模式时,若输入电压VDDx=1.1V,OMAP1510处理器的功率消耗将会降至更低。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反馈电阻RX以及被称为低功率模式(Low Power Mode, LPM)的数字控制信号,该信号在电压由1.5V降为1.1V时会转为低态。

  控制信号LPM透过RX将电流注入反馈网络中以借此改变输出电压。公式(1)和公式(2)将电流在反馈节点VFB上加总。对公式(1)和公式(2)同时求解并将其代回以求解RB可得公式(3)和公式(4)。这些方程式可用来计算注入电阻RX以及底端反馈电阻RB。在图1中,RT = 402 kΩ,VO_HI = 1.5 V,VO_LO = 1.1 V,VLPM_HI = 2.8 V,VLPM_LO = 0 V,VFB = 0.5 V。

  图2为当负载电流降至300μA时的两种输出电压的转换过渡。过渡时间过长的原因是因为将10μF的输出电容器由1.5V放电至1.1V的放电电流仅有300μA。

  TPS62200非常适用于实现动态电压缩放技术。当OMAP1510在 AWAKE模式下时,TPS62200操作在PWM模式以达到高效率的目的并提供较高的负载电流。当OMAP1510在DEEP-SLEEP模式下时,TPS62200操作在PFM模式以更有效率地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3.6V,1Ah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 V,负载电流=300μA;效率=93%。

  使用动态电压缩放的DEEP-SLEEP 模式(TPS62200 操作于 PFM模式): VO = 1.1V,负载电流=250μA;效率=93%。

  AWAKE 模式(TPS62200 操作于 PWM模式);VO = 1.5V,负载电流=100mA;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%,使用动态电压缩放在DEEP-SLEEP 模式下此一电池寿命可延长9小时。
原文地址:http://www.epc.com.cn/magzine/20060105/4596.asp
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