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基于 TPS62300 的小型解決方案可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓管理

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作者:Christophe VAUCOURT 及 Markus MATZBERGER 時(shí)間:2005-10-19 來(lái)源: 收藏

隨著手機(jī)與其他便攜式電子設(shè)備變得日益先進(jìn),處于工作與待機(jī)狀態(tài)的系統(tǒng)消耗的電量也越來(lái)越大。因此,便攜式設(shè)備的電源管理設(shè)計(jì)在核心電壓、能量管理以及電池使用壽命等方面面臨著新的挑戰(zhàn)。

硬件設(shè)計(jì)人員已經(jīng)開始采用先進(jìn)的高集成度電源管理器件,其具備核心電壓縮放及各種穩(wěn)壓器,可為其他軌提供電力(如存儲(chǔ)器、I/O等)。不過(guò)這些復(fù)雜的解決方案不一定能為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供足夠的靈活性。

本文將在TI第一代高頻降壓轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上,概括性地介紹解決動(dòng)態(tài)電壓管理問(wèn)題的一種創(chuàng)新方法。

系統(tǒng)概覽

針對(duì)便攜式應(yīng)用的現(xiàn)代處理器大部分都有著集成的I2C接口,連接至外部電源管理單元。圖1顯示了生成自適應(yīng)核心電源的可選解決方案。處理器核心消耗的功率與工作頻率以及VCORE2成正比。

基于 (3MHz 同步降壓轉(zhuǎn)換器)和 DAC6571(10 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的雙芯片解決方案將高準(zhǔn)確度和超小電壓步進(jìn)結(jié)合在了一起。

根據(jù)處理器的工作頻率,核心電壓可非常準(zhǔn)確地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)至較低限值,從而最小化功耗。使用該原則不僅可降低活動(dòng)模式下的功耗,還可通過(guò)減少深度睡眠模式下的漏電流來(lái)延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。

:核心電壓的中心

德州儀器(TI) 近期發(fā)布了,它是新一代高頻降壓轉(zhuǎn)換器的旗艦產(chǎn)品,工作在3MHz的交換頻率上。先進(jìn)的求和比較器電壓模式控制拓?fù)涮嵘朔€(wěn)壓性能的新層次。最佳的瞬態(tài)響應(yīng)和輸出電壓準(zhǔn)確度可滿足現(xiàn)代核心所要求的最嚴(yán)格電壓規(guī)范。

TPS62300 可與低至 1.0mH 的電感以及低至4.7mF 的輸出電容共同工作,這就可以使用微型低成本的芯片電感。該器件還采用芯片級(jí)小型封裝(2mm x 1mm x 0.65mm),從而在小巧外觀解決方案的尺寸成為關(guān)鍵因素時(shí),能夠滿足移動(dòng)電話制造商的需求。

TPS62300:方便的動(dòng)態(tài)電壓縮放

圖2顯示了簡(jiǎn)化的TPS62300塊示意圖。其目的在于說(shuō)明器件的增益架構(gòu)和控制回路設(shè)計(jì)。我們注意到,其不同于傳統(tǒng)穩(wěn)壓器的一個(gè)地方是輸出電壓的設(shè)置方式。

就傳統(tǒng)而言,參考電壓作用于故障放大器的正極,我們通過(guò)傳感輸出電壓并通過(guò)外部電阻器將其拆分為參考電壓,從而對(duì)所需的輸出電壓進(jìn)行編程。

TPS62300通過(guò)內(nèi)部低功率低偏移運(yùn)算放大器和外部電阻器編程放大參考電壓(VREF = 400mV) 至所需輸出電壓的三分之二,從而生成輸出電壓。該電壓成為"動(dòng)力系"的參考,其DC封閉回路增益(APT)為1.5。

功率放大器中的固定封閉回路增益不僅提供不變的"小信號(hào)"瞬變響應(yīng)(不管編程輸出電壓如何),而且在L/C組合方面還實(shí)現(xiàn)了很嚴(yán)格的穩(wěn)壓誤差率和穩(wěn)健性。

圖3詳細(xì)給出了用于放大帶隙參考電壓的運(yùn)算放大器的實(shí)施情況。該低偏移運(yùn)算放大器可視為一個(gè)帶有A類輸出級(jí)的理想放大器,其特點(diǎn)是能夠提供電流,但不會(huì)吸收電流。

為了實(shí)現(xiàn)帶有負(fù)反饋的線性系統(tǒng),帶隙緩沖放大器需用低于VREF (400mV)的DAC 電壓操作。只有這樣電流才能流出ADJ引腳,并通過(guò)R1和R2電阻器流向GND。

假定DAC電壓高于VREF,則VREF允許電流通過(guò)R1和R2的另一循環(huán)進(jìn)入ADJ引腳。由于運(yùn)算放大器輸出級(jí)(MOS1)只能提供電流,因此它不能再以線性模式工作。在這種情況下,用于電壓跟隨器配置的MOS1晶體管阻抗很高。實(shí)際上,為了"越過(guò)"ADJ電壓,我們只需將FB電壓保持高于內(nèi)部參考電壓(VREF)即可。

如果DAC電壓高于ADJ,參考進(jìn)入ADJ引腳的電阻,則應(yīng)考慮配備外部默認(rèn)電壓設(shè)置電阻器R1和R2(1MW



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