【技术分享】WIFI6 产品中的电源应用

日期:2020-03-24 作者:润欣科技创研社 返回列表

随着个人和物联网设备的迅速崛起,网络覆盖的密度也在逐渐增加,人们越来越离不开网络,因此人们需要更成熟的Wi-Fi技术。Wi-Fi 6(802.11ax)技术应运而生,它以更高效的网络、更快的网速以及网络覆盖面积成为了现在甚至未来的主流。本文将为大家介绍WIFI6产品中的电源应用。


Wi-Fi 6中的一项新技术就是允许设备规划与路由器的通信,减少了保持天线通电以传输和搜索信号所需的时间,这就意味着减少电池消耗并改善电池续航表现。而说到支持WIFI6这项技术的路由器品牌,华硕当之无愧,它作为行业老大哥,一直在路由器行业有着举足轻重的地位,我们就参考华硕 RT-AX56U来谈谈DC-DC的应用。


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


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选型注意事项:


针对BCM6755芯片平台,VCORE大电源需要满足AVS的如下需求,而M3tek的MT3136满足BCM平台的AVS测试需求。


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针对其他电源选型,需要满足如下需求:


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从RT-AX56U的参考设计我们来看一下MT3102和MT3136有哪些主要特征:


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我们也做了一系列的产品测试验证工作,目前可以与MT3136 PIN TO PIN的设计做到一样功能效果的基本没有,针对其他WIFI6芯片DCDC这块,我们也做了MT3129和其它同类产品测试功能对比,MT3129也获得了更好的性能,关键是价格也会比其它方案更好。


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再说几个常见问题:


问1:DC/DC转换器的GO功能如何工作?工作是否与电压调整器相同?


DC/DC的PWM/PFM自动切换控制功能定义为GreenOperation(GO)。即当输出电流较小时采用PFM模式、输出电流较大时切换至PWM模式的工作定义为GO功能。


问2:何谓软启动功能?


为防止冲击电流而减缓上升速度的功能。


问3:PWM/PFM有什么差异?


PWM 是应用中开关电源中最为广泛的控制方式,特点是噪音低,满负载时效率高,且能工作在连续导电模式。市场上有多款性能好、价格低的PWM集成芯片,如UCI842/2842/3842,TDAI6846,SGI525/2525/3535。


PFM 高效率,具有静态功耗小的优点,但它没有限流的功能,也不能工作于连续导电方式,控制方法实现起来不太容易,滤波困难,价格贵。常见的有MAX641,TL447等。


PWM-PFM 兼具:DC-DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压,通过变化开关次数进行控制,从而得到与设定电压相同的输出电压,PFM控制时,当输出电压达到在设定电压以上时即会停止开关,在下降到设定电压前,DC/DC变换器不会进行任何操作,但如果输出电压下降到设定电压以下,DC/DC变换器会再次开始开关,使输出电压达到设定电压。PWM控制也是与频率同步进行开关,但是它会在达到升压设定值时,尽量减少流入线圈的电流,调整升压使其与设定电压保持一致,与PWM相比,PFM的输出电流小,但因PFM控制的DC/DC在达到设定电压以上时就会停止动作,所以消耗的电流就会变得很小,因此消耗电流的减少可以改进低负荷时的效率,PWM在低负荷时虽然效率较逊色,但因其纹波电压小,且开关频率固定,所以噪声滤波器设计比较容易,消除噪声也比较简单。


问4:考虑ESR对我们设计有什么用呢?


主板上的每个电容,设计时一般是按最大负载时的工作情况来设计的,因此,在大多数情况下,只要更换和原电容参数值相等的电容即可,当然,如果追求超频性或稳定性,可以适当提高一些。ATTENTION!这里有个误区:原参数值指的主要是什么?大多数人可能以为是电容的容量。其实你错了。在高频开关电源中,决定电容取值的主要参数是耐压及ESR(等效串联电阻),而不是容量。电容的容量,只在信号发生、高通、低通、带通等几类电路中有意义,而在滤波方面并沒起多大作用。电源的稳定性,主要体现在纹波电压的大小,一般情況,CPU的供电要求在输出最大负载电流时,纹波电压低于100mV,最大负载电流可以这样计算:


假如某CPU的最大功耗为90W,核心电压为1.5V,那么最大负载电流为:90W/1.5V=60A


假设最大纹波电压为100mV,则要求电容的ESR值:ESR < 100mV/60A=1.66mΩ


例如,两颗功耗同样是70W的CPU,前者电压是3.3V,后者电压是1.8V。那么,前者的电流就是I=P/U=70W/3.3V大约在21.2A左右。而后者的电流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A,达到了前者的近一倍。在通过电容的电流越来越高的情况下,假如电容的ESR值不能保持在一个较小的范围,那么就会产生比以往更高的纹波电压(ripple voltage) (理想的输出直流电压应该是一条水平线,而纹波电压则是水平线上的波峰和波谷)。对于3.3V的CPU而言,0.2V涟波电压所占比例较小,还不足以形成致命的影响,但是对于1.8V的CPU而言,同样是0.2V的纹波电压,其所占的比例就足以造成数字电路的判断失误。


问5:那纹波电压(电流)和ESR有什么关系?


Ur=ESR*Ir


而在开关电源输出端,随着开关频率的低到高纹波电流一般是负载电流的20%~40%。如果负载8A时,纹波电流应该是1.6~3.2A。单颗电容的纹波特定温度频率下电流参数是1~2A。所以8A的负载要有3颗电容并联。


对于电容的纹波电流跟频率和温度有关系,一般电解电容都有一个频率和温度的纹波电流补偿系数。所以在较高温度下纹波电流会减小,较高频率下,纹波电流会增加。


如需更多DCDC实际产品测试数据可以联系我们,希望可以更好的帮助各位选型的工程师伙伴们。

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