Како продужити рад вашег вишенамјенског дизајна паметног телефона

8 новых свиданий - 8 нових сусрета (2015) Руска комедија са преводом (Јули 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Строго управљање енергијом и топлотом смањује потрошњу енергије и контролише раст температуре

Би Наззарено (Рено) Россетти и ЦхиИоунг Ким, Маким Интегратед

Вишекорисни вишекорисни процесори са интегрираним графичким процесорским јединицама су се ушли у паметне телефоне. Паметни телефони сада носе могућности које смо очекивали од хигх-енд аудио / видео опреме и десктоп рачунара. Данашњи паметни телефони имају 4К видео снимање, хигх-енд игре, програм мултитаскинга, функције виртуелне стварности и већу резолуцију приказа.

Иако су то одличне карактеристике из перспективе корисника, оне захтевају велике количине рачунања, што резултира високом потрошњом енергије система која генерише много топлоте. Да би се овај проблем уклопио, хардвер мора бити простирно уклопљен у мале факторе, што отежава распуштање те топлоте. Овај чланак разматра решење за решавање изазова за храњење паметних процесора који поседују моћ.

Слика 1: ЦПУ цоре чип за паметне телефоне и таблете.

Већа снага претварача
Што се тиче горенаведених трендова, претворник који управља овим процесорима еволуирао је из једног фазног уређаја који испоручује неколико стотина миллиампера струје у вишефазни уређај који може успешно испоручити више десетина ампера струје. Чак и тако, најсавременији смарт телефон обично има капацитет батерије нешто изнад 2.000 мАх. То значи да ако би потрошио једну амперу континуалне струје, трајала би само два сата, а камоли очекиван читав дан рада. Магија се тада налази у стриктном управљању снагом и топлотом која смањује потрошњу енергије и контролише раст температуре тако што обезбеђује потребне пеак снаге када је потребно и одмах се повлачи у начине рада ниске снаге.

  • Термални изазов

Као пример, процесор монтиран на ПЦБ-у са топлотном отпорношћу од споја до околине Р = 50 ° Ц / В и термалном капацитивношћу Ц = 6 Јоулес / ° Ц, под импулсом П = 10 В (10 А к 1 В), доживљаваће пораст температуре, узимајући у обзир довољно времена, очигледно неприхватљивом количином ΔТ = Р к П = 50 к 10 = 500 ° Ц. Међутим, ако је импулс енергије ограничен временом - на примјер, т = 60 с - тада пораст температуре је оптерећен ефектом РЦ константа и ограничен је на прихватљивији ΔТ ≈ тк П / Ц = 60 к 10 / 6 = 100 ° Ц. Линеарна апроксимација за ΔТ важи за т <РЦ и е -т / РЦ << 1. Овај примјер показује важност управљања динамичком, умјесто статичком, разумијевањем и контролом профила снаге система током времена у односу на његову топлоту константе.

  • Изазов ефикасности

Сходно томе, ИЦ регулатор преклопа са топлотном отпорношћу Р = 60 ° Ц / В и топлотном капацитивношћу Ц = 4 Јоулес / ° Ц, испоручујући 10-В импулсни утицај при ефикасности η = 85%, ће расипати снагу П = ( 1-η) к П = 0, 15 к 10 = 1, 5 В. Под претпоставком да се сви губици могу приписати ИЦ-у, с обзиром на довољно времена, његова температура би се повећала на ΔТ = Р к П = 60 к 1, 5 = 90 ° Ц изнад температура околине. Међутим, после 60 с, температура би се повећала само за ΔТ ≈ тк П / Ц = 60 к 1, 5 / 4 = 22, 5 ° Ц.

Наравно, што је већа ефикасност, нижи су губици које ће регулатор напона доћи и што је нижи раст температуре.

  • Снага тачности

Регулатор напона који испоручује излаз од 0, 9 В са ± 1% тачност до оптерећног оптерећења Рр на + 1% грешке ће испоручити 2% вишак снаге (В 2 / Рр). То је исто као узимање криве ефикасности и смањивање за два процентна поена! Тачност штеди енергију.

  • Снага брзог прелазног одговора

Излаз спорног регулатора напона ће се потопити под позитивно прелазно оптерећење и мораће да буде постављен вишим да би се уверило да оптерећење прима минимални напон потребан за рад. Слични разлози важе за регулатор који показује високу напонску висину. У оба случаја то доводи до губитка енергије и веће производње топлоте, што на крају остаје краћи век трајања батерије. Брзи прелазни одзив и ниска уштеда енергије.

  • Изазов величине

Као што је раније речено, велика количина снаге мора бити упакована у малу запремину паметног телефона. Сходно томе, претварач мора бити тачан, брз и ефикасан како би се смањили губици снаге. Ефикасност се такође мора одржавати током рада са високим брзинама такта како би се смањила димензија пасивних компоненти (излазни индуктори и улазни / излазни кондензатори).

Куад-фазни претварач
Регулатор МАКС77874 16-А, куад-пхасе, буцк ( слика 2 ) може се користити за управљање изазовима описаним горе. Раздвајање струје између четири фазе које су једнако распоређене у времену током једног периода периода има неколико предности у односу на једнофазну архитектуру.

Слика 2: Квад-фаза блок дијаграма МАКС77874.

Прво, четири преплетене фазе осигуравају отклон пуне струје као што је приказано на Слици 3 . Низак тотални струјни талас се добија на релативно перфазној ниској фреквенцији рада. Нижа струја струје значи да је на излазу потребно мање кондензатора, што резултира мањим материјалом (БОМ).

Слика 3: Квад-фаза излазне струје одустаје од преноса.

Друго, мултифазна архитектура резултира потребом за мање улазних кондензатора. На слици 4 приказани су В вавеформс В ЛКСА -то-В ЛКСД напони примењени на индукторима у моду снимања импулса-ширина-модулација (ПВМ). Ово се такође може посматрати као приказ импулса струје које се на улазу унесе од стране сваког индуктора током времена "на". Укупна улазна струја је збир четири изванфазне струје. Овде, ширење укупне улазне струје током времена смањује укупну вредност улазне струје у односу на једнофазну операцију, омогућавајући мањи филтер улазног струјања.

Слика 4: Куад-пхасе ЛКС напонски таласни облици.

Треће, вишефазна шема је ефикаснија од онефазне шеме. Посљедња, четвороструки рад на фреквенцији квадрата, може такођер остварити низак ниво, али при већим губицима преласка. Две шеме имају једнак број прелаза унутар једног периода, али транзиције четвофазног претварача носе четвртину струје једногфазног претварача.

МАКС77874 такође нуди неколико побољшања, укључујући адаптивну он-тиме контролну петљу и турбо прескакање.

МАКС77874 поседује адаптивну он-тиме контролну петљу, која је унапређена верзија популарне, брзе реакције, константне контроле на време. Адаптивна схема доводи до псеудо-константне фреквенције у схеми која би у супротном имала промјењиву фреквенцију, што може бити проблематично у апликацијама осјетљивим на буку. Овај начин рада је познат и као присилни ПВМ (ФПВМ) режим. Компактни пакет са ВЛП низом од 0, 35 мм са 48 бата, такође захтева минималну површину ПЦБ-а.

Током тешког прелазног оптерећења, четири фазе се крећу од интерлеавед до паралелне операције. Паралелирање четири фазе резултује у најбржем могућем одговору на тренутни корак оптерећења, јер су четири индуктивне струје истовремено испоручене до оптерећења. На слици 5, конвертор прелаза ради у ФПВМ режиму при сваком оптерећењу и током преласка са лаког на тежак терет.

Слика 5: Прелазни одговор ФПВМ.

Турбо скип мод комбинује супериорни пролазни одговор са ефикасношћу светлосног оптерећења. Код лаганих оптерећења и када је омогућен, режим турбопропусности МАКС77874 ( слика 6 ) задржава све четири фазе које раде секвенцијално, али са нижим потисним струјом и променљивом фреквенцијом. Ово је познато као ширење фазе ротације.

Слика 6: Ширење фазе ротације светлосног оптерећења.

На тај начин, током преласка са лаких до тешких оптерећења, не постоји кашњење у активирању све четири фазе, а перформансе МАКС77874, као и у ФПВМ моду (приказано упоређивањем слике 5 са слике 7 ).

Слика 7: Прелазни режим турбо скипирања.

У поређењу са смањењем фазе - искључивањем неке од четири фазе при оптерећењима светлости - ова схема даје мање излазне вредности и има мање глитцхеса. Слика 8 показује да се са ширењем ротационе фазе мјерење излазног напона мањи од 3 мВ ПП од 0 до 500 мА. Турбо скип мод је подразумевани начин рада при лаком оптерећењу.

Слика 8: Блок излазног напона са фазним ширењем .

Редовито прескакање омогућава најмању струју и највећу ефикасност код лаких оптерећења, иако са нешто споријим одговором. Начини рада се могу програмирати преко И 2 Ц сабирнице.

Са почетном излазном прецизношћу од ± 2, 5 мВ (± 0, 25% при излазу 1 В) и изванредним перформансама над регулацијом температуре, линије и оптерећења, МАКС77874 има најбољу излазну прецизност. Слика 9 приказује почетну излазну тачност у односу на подешавање прескакања, турбо прескакање и ФПВМ модове.

Слика 9: Иницијална тачност излазног напона у односу на подешавање.

Поред тога, побољшане карактеристике интегрисаних МОСФЕТ-ова МАКС77874-а резултирају супериорном ефикасношћу у поређењу са конкурентним четворочлним решењима. Поређење ефикасности на слици 10 показује да је МАКС77874, чак и са мањим индуктором 2012, имао предност до 4% у поређењу са конкурентским уређајем.

Слика 10: Поређење ефикасности.

Апликација МАКС77874 захтева само малу површину од 37 мм 2 када се постави на ПЦБ ( Слика 11 ), укупна предност од 29% у односу на конкурентско решење.

Слика 11: Предности величине МАКС77874.

Закључак
МАКСКС77874 је погодан за решавање потреба за снабдевањем и топлотним управљањем све снажнијих процесора и ГПУ-а у дизајну паметних телефона. Он обезбеђује прелазни одзив у индустрији, тачност излазног напона и високу ефикасност у малом ПЦБ отиску.

О аутору
Наззарено (Рено) Россетти, Пх.Д. ЕЕ на Маким Интегратед, је сезонски аналитичар и стручњак за управљање снагом и објављен аутор који поседује неколико патената у овој области. Има докторат из електротехнике из Политецницо ди Торино, Италија.

ЦхиИоунг Ким је директор Продуцт Дефинитион и Систем Енгинееринг Гроуп у пословној јединици Мобиле Повер на Маким Интегратед. Има више од 20 година искуства у енергетској електроници и индустрији полупроводника. ЦхиИоунг има диплому електротехнике са Универзитета Инха, Јужна Кореја.