Turbo-boost 充電器可為 CPU 渦輪加速模式提供支持

Turbo-boost 電池充電器
當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載和電池充電器要求的總功率達(dá)到適配器功率極限時(shí)，動(dòng)態(tài)電源管理便開始減少電池的充電電流。電池充電器停止充電，并在系統(tǒng)負(fù)載達(dá)到 AC 適配器功率極限時(shí)其充電電流降至零。CPU 內(nèi)核加速模式下系統(tǒng)不斷增加其負(fù)載，電池充電器（通常為一種同步降壓轉(zhuǎn)換器）閑置，原因是沒有剩余功率可用于對(duì)電池充電。這種同步降壓轉(zhuǎn)換器實(shí)際為一個(gè)雙向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，它可以根據(jù)不同的工作狀態(tài)運(yùn)行在降壓模式或者升壓模式下。如果電池電量足夠，電池充電器便工作在升壓模式下，同 AC 適配器一起為系統(tǒng)供電。圖 2 顯示了一個(gè) turbo-boost 電池充電器的結(jié)構(gòu)圖。

圖 2 CPU 內(nèi)核加速模式下工作的 turbo-boost 電池充電器

那么，電池充電器何時(shí)以及怎樣從降壓模式轉(zhuǎn)到升壓放電模式呢？系統(tǒng)可在任何時(shí)候進(jìn)入 CPU 內(nèi)核加速模式，因此常常無(wú)法及時(shí)通過(guò) SMBus 通知充電器開始實(shí)施這種模式轉(zhuǎn)換。充電器應(yīng)能自動(dòng)檢測(cè)到系統(tǒng)需要哪種工作模式。另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)升降壓模式之間的快速轉(zhuǎn)換，這一點(diǎn)非常重要。DC/DC 轉(zhuǎn)換器需要幾百微秒到幾毫秒的軟啟動(dòng)時(shí)間來(lái)最小化浪涌電流。適配器應(yīng)擁有較強(qiáng)的過(guò)負(fù)載能力，以在充電器轉(zhuǎn)入升壓放電模式以前支持總系統(tǒng)峰值功率需求。目前的大多數(shù) AC 適配器都可以維持其輸出電壓數(shù)毫秒。

圖 3 顯示了一個(gè)支持 CPU 內(nèi)核加速模式的 turbo-boost 電池充電器的應(yīng)用電路。RAC 電流檢測(cè)電阻器用于檢測(cè) AC 適配器電流，以便實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電源管理功能，并確定電池充電器是工作在降壓充電模式還是升壓放電模式下。電流檢測(cè)電阻器 R7 根據(jù)電池狀態(tài)通過(guò) SMBus 檢測(cè)主機(jī)編程電池電池充電電流。如果需要，可以通過(guò) IOUT 輸出監(jiān)測(cè)充電器和系統(tǒng)提供的總功率，其為檢測(cè)電阻器 RAC壓降（實(shí)現(xiàn) CPU 降頻工作）的 20 倍。通過(guò) SMBus 控制寄存器，可根據(jù)電池充電狀態(tài)和溫度條件開啟或者關(guān)閉電池升壓放電模式。在升壓放電模式下，電路通過(guò)監(jiān)測(cè)低側(cè) MOSFET Q4 的壓降，提供額外逐周期限流保護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)如英特爾超級(jí)本TM等超薄型筆記本電腦，可將開關(guān)頻率設(shè)定為 615、750 或者 885 kHz。這樣可以最小化電感尺寸和輸出電容器數(shù)量。充電器控制芯片完全集成充電電流環(huán)路補(bǔ)償器、充電電壓和輸入電流調(diào)節(jié)環(huán)路，可以進(jìn)一步減少外部組件數(shù)目。電源選擇器MOSFET 控制器也集成在充電器中。另外，充電器系統(tǒng)使用所有 n 通道 MOSFET，而非傳統(tǒng)充電解決方案中使用的 p 通道功率 MOSFET，目的是降低成本。使用這種 turbo-boost 充電器系統(tǒng)的另一個(gè)好處是，它可以在不改變材料清單的情況下用于上述任何一種功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可在不增加硬件設(shè)計(jì)工作量的情況下進(jìn)行快速系統(tǒng)性能評(píng)估。

圖 3 turbo-boost 電池充電器應(yīng)用電路