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討論DSP系統(tǒng)中延遲電池壽命關(guān)鍵--DC/DC穩(wěn)壓器

作者: 時間:2014-12-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/266503.htm

  長期以來,MP3播放器、個人媒體播放器、數(shù)碼相機(jī)以及其他便攜式消費類應(yīng)用的設(shè)計人員面臨的一項挑戰(zhàn)是實現(xiàn)產(chǎn)品的高性能和低功耗。這些電池供電系統(tǒng)通常都使用嵌入式數(shù)字信號處理器(),當(dāng)系統(tǒng)處理多媒體應(yīng)用任務(wù)時,能達(dá)到最大處理能力,而當(dāng)系統(tǒng)處于睡眠模式時,具有最小的功耗。電池壽命在手持式產(chǎn)品中是非常重要的指標(biāo),產(chǎn)品成功與否與供電系統(tǒng)的效率直接相關(guān)。

  此類系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵部件是降壓式DC-DC開關(guān),它能夠高效地從較高電壓獲得較低的供電電壓,如從4.5 V獲得1V的供電電壓。作為,其必須保持恒定的電壓,而且能夠?qū)斎腚妷旱淖兓约柏?fù)載電流的變化迅速做出響應(yīng)。本文將討論的架構(gòu)具有優(yōu)良的穩(wěn)壓性能以及高效率和快速響應(yīng)的優(yōu)點。

  開關(guān)剖析

  圖1示出了ADI公司ADP2102的典型應(yīng)用電路,這是一款低占空比、3 MHz同步整流降壓轉(zhuǎn)換器。ADP2102具有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓的多種配置。這里將ADP2102連接成固定輸出電壓配置,由5.5 V的輸入電壓產(chǎn)生300mA、0.8 V輸出電壓。接下來給出輸出電壓可調(diào)的應(yīng)用示例。



  圖1.使用ADP2102由5.5 V輸入產(chǎn)生0.8 V輸出

  這里將簡單地解釋該電路的工作原理:將DC輸出電壓的分壓與誤差放大器中的內(nèi)部參考源比較,然后將誤差放大器的輸出與電流采樣放大器的輸出比較,以驅(qū)動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在由VOUT/VIN確定的時間周期內(nèi)處于暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器使上面的門控晶體管導(dǎo)通,電感L1中的電流逐漸變大。當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時,晶體管截止,電感L1中的電流逐漸變小。在由最小關(guān)斷時間定時器和最小(“谷值”)電流確定的時間間隔之后,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器再次被觸發(fā)。芯片內(nèi)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)定時器使用輸入電壓前饋,使得穩(wěn)態(tài)時保持恒定的頻率。

  該振蕩以不確定的頻率(大約為3MHz)持續(xù)進(jìn)行,但是在必要的情況下可以響應(yīng)線路和負(fù)載的瞬態(tài)變化而偏離該頻率,以便輸出電壓保持恒定,并且使電感電流的平均值保持在輸出負(fù)載所需要的電流值。

  上文描述的方法是相對新穎的。多年來,DC-DC變換的主要方法是恒頻峰值電流方法,當(dāng)該方法在降壓式DC-DC轉(zhuǎn)換器中實現(xiàn)時,其還被稱為后沿調(diào)制。有關(guān)該方法的詳細(xì)描述、對其優(yōu)缺點的評估以及上文描述的恒定導(dǎo)通時間谷值電流模式轉(zhuǎn)換器,請參考其他技術(shù)文章。

  ADP2012還具有欠壓閉鎖功能、軟啟動功能、過熱保護(hù)功能和短路保護(hù)功能,并且具有±1%的反饋精度。該架構(gòu)能夠使主開關(guān)的導(dǎo)通時間低至60 ns或更低。

  圖2示出了不同條件下的典型波形。圖2a示出了在ILOAD=600mA,電壓從VIN=5.5V減小到VOUT=0.8V時的低占空比。如圖中所示,在3MHz的開關(guān)頻率下,可以獲得45 ns的最小導(dǎo)通時間。

  圖2b示出了負(fù)載電流突增300mA時,負(fù)載電流和電感電流波形。

  圖2c示出了負(fù)載電流突減300mA時,負(fù)載電流和電感電流波形。

  圖2d示出了在占空比為50%時不存在次諧波振蕩,而使用峰值電流模式控制時必須在設(shè)計時加以考慮。當(dāng)占空比大于或小于50%時,同樣不存在次諧波振蕩。



  圖2a. VIN = 5.5 V,VOUT = 0.8 V,最小導(dǎo)通時間=45 ns



  圖2b.突加負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)(ILOAD = 300 mA)



  圖2c.突減負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)(ILOAD = 300 mA)



  圖2d.占空比= 50%,VIN = 3.3 V,VOUT = 1.8 V,ILOAD = 300 mA

  DSP應(yīng)用中的動態(tài)電壓調(diào)節(jié)

  在使用DSP的便攜式應(yīng)用中,通常由開關(guān)轉(zhuǎn)換器提供DSP的內(nèi)核電壓和I/O電壓,這需要使用電池供電應(yīng)用的高效率DC-DC轉(zhuǎn)換器。提供內(nèi)核電壓的穩(wěn)壓器必須能夠基于處理器的時鐘速度動態(tài)改變電壓或者按照軟件的指令動態(tài)改變電壓。另外,整體解決方案的小尺寸也同樣重要。

  這里描述的是,在電池供電的應(yīng)用中將Blackfin處理器的內(nèi)部穩(wěn)壓器更換為外部高效率穩(wěn)壓器,以提高系統(tǒng)供電效率。而且,這里還介紹了用于外部穩(wěn)壓器的控制軟件。

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