笔记型电脑电池电力轻载效率之挑战

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1、筆記型電腦電池電力輕載效率之挑戰電池續航力決定電腦設計是否成功之重耍層面，其在於中央處理器、晶片組繪圖處理器和記憶體通常由不同電壓線路來供電，故有效率執行之方式便是將電池的電壓轉換為各個硬體所需之電壓，本文將以能有效率執行轉換電壓的元件及其能夠轉換電壓電力的方式為一重點論述。對電池來供應電力的筆記型電腦與移動式電腦(mobilecomputer)來說，電池電力的續航力乃是決定電腦的設計是否成功的重要因素。因為中央處理器(CPU)、晶片組繪圖處理器(GPU)與記憶體，通常是由不同的電壓線路來供電，因此其中一個很重要的工作，就是透過有效率的方式來將電池的電壓轉換為各個硬

2、體所需之電壓。而被選擇來執行此轉換作業的便是DC/DC整流器(DC/DCconveHei*)，它幾乎可以達到95%的轉換效率。由於這些積體電路(IC)的動態運作之故，例如，從重載切換為輕載一一在電壓轉換過程中，總是會有DC/DC整流器效率不彰的時候，也可能只能達到約10〜20%的轉換效率，這會縮短電池實際的電力續航力。DC/DC整流器通常在重載時都可達到很高的效率，以管理thermalbudget而延長電池續航力的關鍵在於，製造岀可以從很輕載(在mA幅度中)到重載之間的幅度，均提供高轉換效率的DC/DC整流器。有幾個方式可以達到此效率等級，其中一最好的方式，便是讓D

3、C/DC整流器能夠在連續電流(continuouscurrent)與非連續電流(discontinuouscurrent)模式中作業。當電力消耗減少時，從電池到輸出去耦合電容器(outputdecouplingcapacitor)的PWM週期(PWMcycle)中轉換之能源，會比負載所消耗的能源來得高。在此情況下，一個PWM週期可能會提供負載所要求之能源一段很長的時間，因此額外的PWM週期便可能會被跳過。在那些被跳過的PWM週期期問傳送能源給負載時輸出去耦合電容器則扮演儲存元件的角色。僅在儲存的能源消耗完之後，才會有一個新的PWM週期來為輸出去耦合電容器補足能源。為

4、完成這個能源週期，DC/DC整流器便必須要能以非連續的模式來運作。此重要挑戰為控制器要如何判斷何時以連續的模式運作、何時以非連續的模式運作，並在這兩者模式之間完美地轉換。最佳化零交叉切換(Optimizingthezero-crossingswitching)每個PWM週期都必須要盡可能有效率地轉換能源。一旦完成此週期之後，兩個切換開關都必須要關閉，以減少與控制作業有關的電力浪費，並讓輸出去耦電容器中所儲存的能源只能被負載消耗。(圖一)為具脈衝跳過能力的整流器簡圖。測量電(inductorcurrent)降到零(藉由強迫提供High給圖一的LDR.EN訊號)的瞬問關

5、閉。要達到這個目標最直接的方式便是測量電感電流。目前已經有幾種方式被提出來以完成這個作業，包括使用真正的偵測電阻(senseresistor5Rsense)，來與電感(與其使用電戚的銅阻來做為感應電阻器的DCR轉換)串聯，或當Lowsideswitch打開時偵測其電壓到達dropacross(即Rdsonsensing)°為達到最佳效率‘lowsideswitch必須扮演主動的整流器'並且在電感電流圖一具脈衝跳過能力之降厭DC/DC整流器(BuckDC/DCConverter)簡化圖解》直接測量電直接測量電感電流的最大缺點則是，其測量結果並不精確。為了在重載中維持高

6、效率，戚應元件(Rscnsc、DCR或Rdson)便必須要盡可能地保持較小電阻值；這樣一來壓降便會很小。由於零交叉(zeidcross)偵測包含某些種類的比較器(CompaTator)，除非使用昂貴的自動歸零技術(auto・zeroing)或修整技術(TdmmingTechnique)，否則偵測的精確度便會受到比較器的偏移量(Offset)限制。因為零交叉感應是由高振幅切換雜訊脈衝(HighAmplitudeSwitchingNoiseSpikes)來完成的，所以比較器定機的運作情況甚至會更糟，必須要注意確實去耦合以減輕這個干擾的問題。因此，避免在電感電流變更其極性

7、之後關閉，lowsideswitch是很重要的(除非想讓降壓整流器(BuckConvcT心)變成一個效率更低的升壓整流器(EoostConvener)。使用直流電測量方式的控制電路，必須在仍然有大量電流通過電感時，將開關關閉。例如，在一個使用5mQ的感應元件的應用，以及有最多±3mV比較器偏移量的控制器的情況下，控制器便必須要在還有如下所示的剩餘的電感電流(在最差的情況下)時，將低端開關關閉：這表示有1.2A的電流通過Schottky二極體(Schottkydiode)»這是不必要的電力損失J以及轉換的效率降低。控制LowSideSwitch之方式可以避免產生前