引言
對(duì)于消費(fèi)類(lèi)手持式設(shè)備而言,歷史悠久的兩節(jié)AA(堿性或鎳氫電池)電源" title="電源">電源便是其最常用的電池解決方案,尤其是在GPS" title="GPS">GPS" target="_blank">GPS導(dǎo)航裝置、數(shù)碼相機(jī)" title="數(shù)碼相機(jī)">數(shù)碼相機(jī)和MP3" title="MP3">MP3" target="_blank">MP3播放機(jī)中。AA電池購(gòu)買(mǎi)方便、成本較低、而且具有高功率密度。在這些便攜式設(shè)備中,有許多都采用了插入式交流適配器,并提供了一根USB總線(用于數(shù)據(jù)傳輸)作為電池電源的補(bǔ)充。USB總線還可被用來(lái)供電。問(wèn)題是如何在這三種截然不同的電源(兩節(jié)AA電池、交流適配器和USB)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。LTC3456" title="LTC3456">LTC3456便是一款適合的解決方案。
LTC3456是一款完整的系統(tǒng)電源IC,可實(shí)現(xiàn)AC交流適配器、USB和兩節(jié)AA電池之間功率通量的無(wú)縫管理,并符合USB電源標(biāo)準(zhǔn),所有這些功能均集成在一個(gè)4mm x 4mm QFN封裝之內(nèi)(圖1)。該器件生成了兩個(gè)單獨(dú)的電源軌：一個(gè)3.3V(固定)主電源和一個(gè)1.8V(可調(diào))內(nèi)核電源。此外,LTC3456還包含一個(gè)全功能USB電源管理器、一個(gè)用于給存儲(chǔ)插件供電的熱插拔(Hot Swap)輸出和一個(gè)適合用作低電池電量比較器或LDO控制器的獨(dú)立增益部件。該器件還生成了一個(gè)始終處于運(yùn)行狀態(tài)的VMAX輸出,該輸出適合于為諸如實(shí)時(shí)時(shí)鐘等即使在停機(jī)期間也必需處于工作狀態(tài)的關(guān)鍵部件輸送功率。
 |
|
圖1 LTC3456是一款采用微型4mm x 4mm封裝的完整系統(tǒng)電源管理IC |
LTC3456
LTC3456包含四個(gè)工作效率高達(dá)92%的高效1MHz固定頻率開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。圖2示出了LTC3456的一種典型應(yīng)用。便攜式應(yīng)用中所使用的大多數(shù)處理器都需要雙電源電壓。這些電壓可以是3.3V(用于I/O電路)和1.5V或1.8V(用于處理器內(nèi)核)。此外,處理器還有可能要求電源以一種特定的順序啟動(dòng),以防止發(fā)生處理器閉鎖或錯(cuò)誤起動(dòng)。通常,內(nèi)核電源必須在I/O電源之前上升。
 |
| 圖2 基于LTC3456的完整電源解決方案,包括一個(gè)1.8V輸出(用于處理器內(nèi)核)、一個(gè)3.3V輸出(用于I/O)、一個(gè)3.3V熱插拔電源(用于存儲(chǔ)插件)和一個(gè)VMAX輸出(用于RTC) |
LTC3456具有用于內(nèi)核和主輸出的內(nèi)置電源排序功能。上電時(shí),VINT輸出(一個(gè)固定的3.3V電源)率先執(zhí)行上電操作。它負(fù)責(zé)向大部分內(nèi)部電路供電。應(yīng)對(duì)該輸出端上的外部負(fù)載大小加以限制。可調(diào)范圍為0.8V至1.8V的內(nèi)核輸出隨后上升,接著是VMAIN輸出。VMAIN輸出(一個(gè)固定的3.3V電源)在內(nèi)核輸出進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)之后延遲0.8ms(典型值)上電。VMAIN輸出由VINT輸出通過(guò)一個(gè)內(nèi)部0.4Ω(典型值)PMOS開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生,并可被用來(lái)向I/O電路供電。0.8ms延遲為處理器在外圍電路上電之前完成系統(tǒng)時(shí)鐘的穩(wěn)定和內(nèi)部寄存器的裝載提供了充足的時(shí)間。
LTC3456產(chǎn)生了一個(gè)可調(diào)范圍為0.8V至1.8V的內(nèi)核輸出,該輸出適于為新型低電壓處理器(ARM等)供電。LTC3456控制電路允許內(nèi)核輸出的工作占空比達(dá)到100%。當(dāng)內(nèi)核輸出由電池來(lái)供電時(shí),它提供了低壓降操作,從而延長(zhǎng)了電池的使用壽命。當(dāng)由電池供電時(shí),主轉(zhuǎn)換器和內(nèi)核轉(zhuǎn)換器均提供了突發(fā)模式操作(可利用MODE引腳來(lái)選擇),因而在輕負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)了高效率。在采用電池供電的情況下,內(nèi)核轉(zhuǎn)換器具有超過(guò)92%的效率。當(dāng)由USB/墻上電源來(lái)供電時(shí),突發(fā)模式操作被停用。當(dāng)由USB來(lái)供電時(shí),主轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了高達(dá)90%的效率。
LTC3456具有一個(gè)適于為閃存卡供電的內(nèi)置熱插拔輸出。該熱插拔輸出具有短路和反向電壓隔離功能。它允許在系統(tǒng)上進(jìn)行存儲(chǔ)插件的帶電插拔。它具有一個(gè)適合向閃存卡供電的120mA(典型值)內(nèi)置電流限值。
LTC3456提供了針對(duì)主輸出和內(nèi)核輸出的短路保護(hù)功能。它還為所有的輸出(VMAX輸出除外)提供了輸出斷接功能。在停機(jī)模式中,內(nèi)核輸出、主輸出和熱插拔輸出均被放電至地。在VBATT、VINT、VEXT和USB電壓中,VMAX輸出是最高的。該輸出可被用來(lái)提供1mA的最大輸出電流。即使在IC處于停機(jī)模式的情況下,VMAX輸出也將保持運(yùn)行狀態(tài),因而適于向?qū)崟r(shí)時(shí)鐘等關(guān)鍵系統(tǒng)部件供電。
表1 LTC3456 PowerPath工作模式和特點(diǎn)概要
PowerPath控制
LTC3456包含一個(gè)專(zhuān)有的PowerPath控制電路,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源之間的無(wú)縫切換(從兩節(jié)AA電池至USB/墻上電源,反之亦然)。圖3示出了內(nèi)部電源通路的簡(jiǎn)化方框圖。AC適配器和USB總線通過(guò)VEXT引腳向開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器供電。LTC3456包含一個(gè)全功能USB電源管理器,以利用USBHP和SUSPEND引腳的狀態(tài)來(lái)控制來(lái)自USB引腳的功率通量。流經(jīng)USB引腳的電流被精確地限制為100mA或500mA(視USBHP引腳的狀態(tài)而定)。通過(guò)把SUSPEND引腳拉至高電平可停用所有的USB功能。
 |
|
圖3 用于說(shuō)明內(nèi)部PowerPath的LTC3456簡(jiǎn)化方框圖 |
當(dāng)必須提升兩節(jié)AA電池電壓(1.8V至3.2V)以生成3.3V輸出、以及必須對(duì)USB/墻上電源(4V至5.5V)進(jìn)行降壓操作以生成相同電壓時(shí),DC-DC轉(zhuǎn)換將是一項(xiàng)特別具有挑戰(zhàn)性的工作。LTC3456通過(guò)BOOST和BUCK2轉(zhuǎn)換器完成了這項(xiàng)任務(wù)。這是生成3.3V電源軌最為有效的方式。當(dāng)從電池或USB/交流適配器來(lái)生成3.3V輸出時(shí),LTC3456實(shí)現(xiàn)了高于90%的效率。內(nèi)核輸出(1.8V)是通過(guò)BUCK1(由USB/墻上電源來(lái)供電)和BUCK3(由電池來(lái)供電)轉(zhuǎn)換器來(lái)生成的。LTC3456的獨(dú)特拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可利用單個(gè)電感器來(lái)生成1.8V電源軌,從而節(jié)省了成本和空間。當(dāng)從電池來(lái)生成1.8V輸出時(shí),它實(shí)現(xiàn)了92%以上的效率。表1列出了LTC3456不同的工作模式。
便攜式設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)從電池電源至USB或墻上電源的無(wú)縫切換(反之亦然)以確保平穩(wěn)的系統(tǒng)運(yùn)作。例如,一位用戶(hù)正在一個(gè)連接了USB電纜的便攜式MP3播放機(jī)上播放音樂(lè)。如果USB電纜被猛然從設(shè)備上拉脫,則用戶(hù)應(yīng)能夠繼續(xù)聆聽(tīng)音樂(lè),而不會(huì)覺(jué)察到任何中斷現(xiàn)象。LTC3456通過(guò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源的無(wú)縫切換而使這種愿望成為可能。當(dāng)SUSPEND引腳被從低電平拉至高電平時(shí),USB電源不可用。主輸出和內(nèi)核輸出在切換時(shí)均呈現(xiàn)出小于?%的總偏差,從而實(shí)現(xiàn)了至處理器內(nèi)核和外圍電路的無(wú)縫切換。