导言
为了不断进步CPU的动态功用，让笔记本电脑具有高速处理杂乱多使命的才能，咱们首要有必要短时刻进步CPU时钟频率，并充分运用其散热才能。可是，这样做会使体系要求的总功耗超出电源（例如：AC 适配器等）所供功率，然后导致适配器溃散。一种或许的解决方案是进步适配器的额定功率，但本钱也随之添加。本文介绍的涡轮加快升压 (turbo boost) 充电器，答应适配器和电池一同为体系供电，以满意笔记本电脑在CPU内核加快形式下作业时呈现的猝发、超高功率需求。
在传统笔记本电脑体系中，运用一个AC适配器供电，并运用体系不需求的功率为电池充电。AC 适配器不行用时，经过敞开S1开关（请参见图1）让电池为体系供电。适配器可认为体系供电的一同为电池充电，因而要求其具有较高的额定功率，然后难以有用操控体积和本钱。动态电源办理 (DPM) 一般用于精确地监控适配器总功率，完成优先为体系供电。
图1适配器和电池充电器体系
一旦到达适配器的功率约束，DPM 便经过下降充电电流，并在没有最佳功率功率转化的情况下直接由适配器向体系供电，并对输入电流（功率）进行调理。体系负载最大时，一切适配器功率悉数用于为体系供电，不对电池充电。因而，首要规划标准便是确保适配器的额定功率足以支撑峰值CPU功率和其他体系功率。
人们关于运用多CPU内核和增强型图形处理器单元 (GPU) 高速处理杂乱使命的高体系功用的需求越来越大。为了满意这种需求，英特尔为其Sandy Bridge处理器开发出了turbo-boost技能。这种技能答应处理器短时刻内（数十毫秒到数十秒）呈现超出热规划功耗 (TDP) 的猝发式功率需求。可是，在考虑到规划容差的情况下，AC 适配器的规划仅能在某个TDP电平满意处理器和渠道的高功率需求。当充电器体系发现，充电电流被动态电源办理单元降至零后适配器到达其输入额定功率时，防止AC适配器溃散的一种最简略办法是经过下降CPU频率来完成CPU降频作业，但这会下降体系功用。怎么能在适配器不溃散或许不添加其额定功率的情况下，让CPU在TDP电平以上短时刻高速运转呢？
Turbo-boost电池充电器
当体系负载和电池充电器要求的总功率到达适配器功率极限时，动态电源办理便开端削减电池的充电电流。电池充电器中止充电，并在体系负载到达AC适配器功率极限时其充电电流降至零。CPU 内核加快形式下体系不断添加其负载，电池充电器（一般为一种同步降压转化器）搁置，原因是没有剩下功率可用于对电池充电。这种同步降压转化器实践为一个双向DC/DC转化器，它可以依据不同的作业状况运转在降压形式或许升压形式下。假如电池电量满意，电池充电器便作业在升压形式下，同AC适配器一同为体系供电。图2显现了一个turbo-boost电池充电器的结构图。
图2 CPU内核加快形式下作业的turbo-boost电池充电器
那么，电池充电器何时以及怎样从降压形式转到升压放电形式呢？体系可在任何时候进入CPU内核加快形式，因而常常无法及时经过SMBus告诉充电器开端施行这种形式转化。充电器应能自动检测到体系需求哪种作业形式。别的，体系规划应能完成升降压形式之间的快速转化，这一点非常重要。DC/DC 转化器需求几百微秒到几毫秒的软启动时刻来最小化浪涌电流。适配器应具有较强的过负载才能，以在充电器转入升压放电形式曾经支撑总体系峰值功率需求。现在的大多数AC适配器都可以保持其输出电压数毫秒。
图3显现了一个支撑CPU内核加快形式的turbo-boost电池充电器的运用电路。RAC电流检测电阻器用于检测AC适配器电流，以便完成动态电源办理功用，并确认电池充电器是作业在降压充电形式仍是升压放电形式下。电流检测电阻器R7依据电池状况经过SMBus检测主机编程电池电池充电电流。假如需求，可以经过IOUT输出监测充电器和体系供给的总功率，其为检测电阻器RAC压降（完成CPU降频作业）的20倍。经过SMBus操控寄存器，可依据电池充电状况和温度条件敞开或许封闭电池升压放电形式。在升压放电形式下，电路经过监测低侧MOSFET Q4的压降，供给额定逐周期限流维护。为了完成如英特尔超级本TM等超薄型笔记本电脑，可将开关频率设定为615、750 或许885 kHz。这样可以最小化电感尺度和输出%&&&&&%器数量。充电器操控芯片彻底集成充电电流环路补偿器、充电电压和输入电流调理环路，可以进一步削减外部组件数目。电源选择器MOSFET 操控器也集成在充电器中。别的，充电器体系运用一切n通道MOSFET，而非传统充电解决方案中运用的p通道功率MOSFET，意图是下降本钱。运用这种turbo-boost充电器体系的另一个优点是，它可以在不改动资料清单的情况下用于上述任何一种功用。体系规划人员可在不添加硬件规划作业量的情况下进行快速体系功用评价。
图3 turbo-boost电池充电器运用电路
图4显现了从降压充电形式转化到升压放电形式期间呈现的开关波形。因为体系负载添加输入电流到达适配器最大功率极限时，电池充电器便中止充电，一同电池转入升压形式为体系供给额定功率。
图4降压充电形式和升压放电形式之间的波形
图5显现了turbo-boost充电器的功率。咱们可以看到，对一块3节或许4节电池组充电和放电时，可以到达94%以上的功率。假如电池被取下，或许电池剩下电量过低时，必需让CPU降频作业，以防止适配器溃散。
图5 turbo-boost充电器功率
现在，即便适配器处于衔接状况也可以对电池放电。可是，一个潜在问题是电池运用寿命。因为升压放电形式仅能继续数十毫秒到数秒，因而其对电池运用寿命发生的影响也降至最小。电池老化速度与单节电池电压正比联系；因而，这种电压越高，电池老化也越快，而电池老化越快其运用寿命也就越短。升压放电形式下对电池放电会使单节电池电压变得更低，然后下降电池老化程度，终究延伸其运用寿命。
定论
turbo-boost 充电器是一种简略、高本钱效益的办法。当AC适配器和电池一同为体系供电时，它让电池可以在短时刻内补偿AC适配功率的缺乏。这种拓扑结构支撑CPU内核加快形式，确保最低体系本钱，且无需为了满意峰值体系功率需求而进步AC适配器额定功率。测验结果表明turbo-boost充电器是实际笔记本电脑规划中一款有用的解决方案。
