用TPS62200作為OMAP1510的動態(tài)電壓縮放器

毫無疑問的，延長便攜式電子產(chǎn)品之電池使用壽命將有助于該產(chǎn)品的銷售。對微處理器而言，降低內(nèi)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(tài)電壓縮放(Dynamic voltage scaling,DVS)技術(shù)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(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)動態(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則為核心時脈頻率。
　　
　　因此，降低內(nèi)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(tài)電壓縮放技術(shù)一般常用來降低核心電壓以達(dá)到降低核心功率消耗的目的。本文將說明如何使用TPS62200降壓型轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)動態(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，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(diào)式降壓型轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓縮放技術(shù)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(shù)字控制信號，該信號在電壓由1.5伏特降為1.1伏特時會轉(zhuǎn)為低電平狀態(tài)。

　　
　　圖1：使用TPS62200作為OMAP1510的動態(tài)電壓縮放器。
　　
　　控制信號LPM透過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(jì)算注入電阻RX以及底端回授電阻RB。在圖1中，RT=402kΩ、VO_HI=1.5V、VO_LO =1.1V、VLPM_HI =2.8V、VLPM_LO=0V以及VFB=0.5V。

????? 圖2為當(dāng)負(fù)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?yàn)橛脕韺?0μF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(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓縮放技術(shù)。當(dāng)OMAP1510操作在AWAKE模式下時，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，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。舉例來說，當(dāng)使用TPS62200以及一個3.6伏特，1Ah的鋰離子電池作為OMAP1510芯片的輸入電源時，本架構(gòu)可達(dá)到下列的特性：
　　
　　1)不使用動態(tài)電壓縮放的DEEP-SLEEP模式(TPS62200操作于PFM模式)：VO=1.5伏特，300μA，效率=93%。
　　
　　2)使用動態(tài)電壓縮放的DEEP-SLEEP模式(TPS62200操作于PFM模式)：VO=1.1伏特，250μA，效率=93%。
　　
　　3)AWAKE模式：VO=1.5伏特，100mA，效率=96%。假設(shè)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%，該一電池將可使用九個小時。