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  • 【技術分享】WIFI6 產品中的電源應用

    日期:2020-03-24 作者:潤欣科技創研社 返回列表

    隨著個人和物聯網設備的迅速崛起,網絡覆蓋的密度也在逐漸增加,人們越來越離不開網絡,因此人們需要更成熟的Wi-Fi技術。Wi-Fi 6(802.11ax)技術應運而生,它以更高效的網絡、更快的網速以及網絡覆蓋面積成為了現在甚至未來的主流。本文將為大家介紹WIFI6產品中的電源應用。


    Wi-Fi 6中的一項新技術就是允許設備規劃與路由器的通信,減少了保持天線通電以傳輸和搜索信號所需的時間,這就意味著減少電池消耗并改善電池續航表現。而說到支持WIFI6這項技術的路由器品牌,華碩當之無愧,它作為行業老大哥,一直在路由器行業有著舉足輕重的地位,我們就參考華碩 RT-AX56U來談談DC-DC的應用。


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    WIFI6 的最新芯片主要有QCA6391、BCM6755等,這里看一下RT-AX56U上的BCM6755對DC電路要求:


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    選型注意事項:


    針對BCM6755芯片平臺,VCORE大電源需要滿足AVS的如下需求,而M3tek的MT3136滿足BCM平臺的AVS測試需求。


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    針對其他電源選型,需要滿足如下需求:


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    從RT-AX56U的參考設計我們來看一下MT3102和MT3136有哪些主要特征:


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    我們也做了一系列的產品測試驗證工作,目前可以與MT3136 PIN TO PIN的設計做到一樣功能效果的基本沒有,針對其他WIFI6芯片DCDC這塊,我們也做了MT3129和其它同類產品測試功能對比,MT3129也獲得了更好的性能,關鍵是價格也會比其它方案更好。


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    再說幾個常見問題:


    問1:DC/DC轉換器的GO功能如何工作?工作是否與電壓調整器相同?


    DC/DC的PWM/PFM自動切換控制功能定義為GreenOperation(GO)。即當輸出電流較小時采用PFM模式、輸出電流較大時切換至PWM模式的工作定義為GO功能。


    問2:何謂軟啟動功能?


    為防止沖擊電流而減緩上升速度的功能。


    問3:PWM/PFM有什么差異?


    PWM 是應用中開關電源中最為廣泛的控制方式,特點是噪音低,滿負載時效率高,且能工作在連續導電模式。市場上有多款性能好、價格低的PWM集成芯片,如UCI842/2842/3842,TDAI6846,SGI525/2525/3535。


    PFM 高效率,具有靜態功耗小的優點,但它沒有限流的功能,也不能工作于連續導電方式,控制方法實現起來不太容易,濾波困難,價格貴。常見的有MAX641,TL447等。


    PWM-PFM 兼具:DC-DC變換器是通過與內部頻率同步開關進行升壓或降壓,通過變化開關次數進行控制,從而得到與設定電壓相同的輸出電壓,PFM控制時,當輸出電壓達到在設定電壓以上時即會停止開關,在下降到設定電壓前,DC/DC變換器不會進行任何操作,但如果輸出電壓下降到設定電壓以下,DC/DC變換器會再次開始開關,使輸出電壓達到設定電壓。PWM控制也是與頻率同步進行開關,但是它會在達到升壓設定值時,盡量減少流入線圈的電流,調整升壓使其與設定電壓保持一致,與PWM相比,PFM的輸出電流小,但因PFM控制的DC/DC在達到設定電壓以上時就會停止動作,所以消耗的電流就會變得很小,因此消耗電流的減少可以改進低負荷時的效率,PWM在低負荷時雖然效率較遜色,但因其紋波電壓小,且開關頻率固定,所以噪聲濾波器設計比較容易,消除噪聲也比較簡單。


    問4:考慮ESR對我們設計有什么用呢?


    主板上的每個電容,設計時一般是按最大負載時的工作情況來設計的,因此,在大多數情況下,只要更換和原電容參數值相等的電容即可,當然,如果追求超頻性或穩定性,可以適當提高一些。ATTENTION!這里有個誤區:原參數值指的主要是什么?大多數人可能以為是電容的容量。其實你錯了。在高頻開關電源中,決定電容取值的主要參數是耐壓及ESR(等效串聯電阻),而不是容量。電容的容量,只在信號發生、高通、低通、帶通等幾類電路中有意義,而在濾波方面并沒起多大作用。電源的穩定性,主要體現在紋波電壓的大小,一般情況,CPU的供電要求在輸出最大負載電流時,紋波電壓低于100mV,最大負載電流可以這樣計算:


    假如某CPU的最大功耗為90W,核心電壓為1.5V,那么最大負載電流為:90W/1.5V=60A


    假設最大紋波電壓為100mV,則要求電容的ESR值:ESR < 100mV/60A=1.66mΩ


    例如,兩顆功耗同樣是70W的CPU,前者電壓是3.3V,后者電壓是1.8V。那么,前者的電流就是I=P/U=70W/3.3V大約在21.2A左右。而后者的電流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A,達到了前者的近一倍。在通過電容的電流越來越高的情況下,假如電容的ESR值不能保持在一個較小的范圍,那么就會產生比以往更高的紋波電壓(ripple voltage) (理想的輸出直流電壓應該是一條水平線,而紋波電壓則是水平線上的波峰和波谷)。對于3.3V的CPU而言,0.2V漣波電壓所占比例較小,還不足以形成致命的影響,但是對于1.8V的CPU而言,同樣是0.2V的紋波電壓,其所占的比例就足以造成數字電路的判斷失誤。


    問5:那紋波電壓(電流)和ESR有什么關系?


    Ur=ESR*Ir


    而在開關電源輸出端,隨著開關頻率的低到高紋波電流一般是負載電流的20%~40%。如果負載8A時,紋波電流應該是1.6~3.2A。單顆電容的紋波特定溫度頻率下電流參數是1~2A。所以8A的負載要有3顆電容并聯。


    對于電容的紋波電流跟頻率和溫度有關系,一般電解電容都有一個頻率和溫度的紋波電流補償系數。所以在較高溫度下紋波電流會減小,較高頻率下,紋波電流會增加。


    如需更多DCDC實際產品測試數據可以聯系我們,希望可以更好的幫助各位選型的工程師伙伴們。

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