消費(fèi)者手持設(shè)備中最流行的電池解決方案之一是古老的雙電池AA(堿性或鎳氫)電源，特別是在GPS導(dǎo)航儀、數(shù)碼相機(jī)和MP3播放器中。AA電池很容易獲得，成本相對較低，功率密度高。這些便攜式設(shè)備中有許多都配有插件式墻壁適配器，并提供USB總線(用于數(shù)據(jù)傳輸)。USB總線也可以用來供電。問題是如何在這三種不同類型的電源之間無縫切換:2節(jié)AA，墻壁和USB。解決方案是LTC3456。

LTC3456是一款完整的系統(tǒng)電源IC，可無縫管理交流墻壁適配器、USB和2-AA電池之間的電源流，同時(shí)符合USB電源標(biāo)準(zhǔn)——所有這些都采用4mm × 4mm QFN封裝(圖1)。該器件產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的電源軌:3.3V(固定)主電源和1.8V(可調(diào))核心電源。此外，LTC3456包含一個(gè)功能齊全的USB電源管理器，一個(gè)用于為存儲卡供電的熱插拔輸出和一個(gè)適合用作低電池比較器或LDO控制器的未提交增益塊。該設(shè)備還產(chǎn)生一個(gè)始終活躍的V(MAX)輸出，適合為實(shí)時(shí)時(shí)鐘等關(guān)鍵模塊供電，即使在關(guān)機(jī)期間也需要保持活躍。

關(guān)于LTC3456

LTC3456包含四個(gè)高效率的1MHz固定頻率開關(guān)穩(wěn)壓器，工作效率高達(dá)92%。圖2顯示了一個(gè)典型的LTC3456應(yīng)用程序。在便攜式應(yīng)用中使用的大多數(shù)處理器需要雙電源電壓。這些電壓可以是I/O電路的3.3V和處理器核心的1.5V或1.8V。此外，處理器可能要求電源以特定順序啟動，以防止處理器鎖存或不當(dāng)啟動。通常內(nèi)核供電必須在I/O供電之前出現(xiàn)。

LTC3456的核心和主輸出內(nèi)置電源排序。在上電時(shí)，V(INT)輸出，一個(gè)固定的3.3V電源，是第一個(gè)上電。它為大部分內(nèi)部電路供電。該輸出的外部長值應(yīng)該是有限的(有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱LTC3456數(shù)據(jù)表)。核心輸出，從0.8V到1.8V可調(diào)，接下來是V(主)輸出。V(主)輸出，一個(gè)固定的3.3V電源，在核心輸出進(jìn)入調(diào)節(jié)后，以0.8ms(類型)的延遲上電。V(MAIN)輸出通過內(nèi)部0.4歐姆 (type) PMOS開關(guān)從V(INT)輸出產(chǎn)生，可用于為I/O電路供電。0.8ms的延遲使處理器有足夠的時(shí)間在外圍電路上電之前穩(wěn)定系統(tǒng)時(shí)鐘和加載內(nèi)部寄存器。

LTC3456產(chǎn)生一個(gè)核心輸出，從0.8V到1.8V可調(diào)，適用于為新的低壓處理器(ARM和其他)供電。LTC3456控制方案允許核心輸出100%占空比操作。當(dāng)核心輸出由電池供電時(shí)，它提供低差操作，從而延長電池壽命。當(dāng)由電池供電時(shí)，主轉(zhuǎn)換器和核心轉(zhuǎn)換器都提供突發(fā)模式操作(Mode引腳可選)，從而在輕負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高效率，如圖3所示。當(dāng)由電池供電時(shí)，Core轉(zhuǎn)換器的效率超過92%。當(dāng)從USB/墻壁電源供電時(shí)，突發(fā)模式操作被禁用。圖4顯示了從USB供電時(shí)的系統(tǒng)效率。當(dāng)從USB供電時(shí)，主轉(zhuǎn)換器達(dá)到高達(dá)90%的效率。

LTC3456有一個(gè)內(nèi)置的熱插拔輸出，適合為閃存卡供電。熱插拔輸出具有短路和反向電壓阻斷能力。它允許存儲卡熱插拔進(jìn)入和退出系統(tǒng)。它有一個(gè)內(nèi)置的120mA(類型)電流限制，適合為閃存卡供電。

LTC3456具有主輸出和核心輸出的短路保護(hù)功能。它還為除V(MAX)輸出外的所有輸出提供輸出斷開。在關(guān)機(jī)時(shí)，核心，主和熱插拔輸出都被放電到地。V(MAX)輸出是V(BATT)、V(INT)、V(EXT)和USB電壓中最高的。該輸出可用于提供最大1mA輸出電流。即使在IC關(guān)閉時(shí)，V(MAX)輸出也保持活躍，并且適合像實(shí)時(shí)時(shí)鐘一樣向關(guān)鍵系統(tǒng)塊供電。

PowerPath控制

LTC3456包含專有的PowerPath控制方案，可以無縫地將系統(tǒng)電源從2-AA電池切換到USB/墻壁電源，反之亦然。圖5顯示了內(nèi)部電源路徑的簡化框圖。交流適配器和USB總線通過V(EXT)引腳向開關(guān)穩(wěn)壓器供電。LTC3456包含一個(gè)全功能的USB電源管理器，通過USBHP和SUSPEND引腳的狀態(tài)來控制來自USB引腳的電源流。根據(jù)USBHP引腳的狀態(tài)，通過USB引腳的電流被精確地限制在100mA或500mA。所有USB功能都可以通過將SUSPEND引腳拉高來禁用。

當(dāng)2aa電池電壓(1.8V至3.2V)必須提升以產(chǎn)生3.3V輸出，USB/墻壁電源(4V至5.5V)必須降壓以產(chǎn)生相同的電壓時(shí)，DC-DC轉(zhuǎn)換是一項(xiàng)特別具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。LTC3456通過BOOST和BUCK2轉(zhuǎn)換器完成這項(xiàng)任務(wù)。這是產(chǎn)生3.3V電源軌的最有效的方法。當(dāng)從電池或USB/墻壁適配器產(chǎn)生3.3V輸出時(shí)，LTC3456的效率大于90%。核心輸出(1.8V)通過BUCK1 (USB/墻壁供電)和BUCK3(電池供電)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。LTC3456的獨(dú)特拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過單個(gè)電感產(chǎn)生1.8V導(dǎo)軌，從而節(jié)省成本和空間。當(dāng)電池產(chǎn)生1.8V輸出時(shí)，效率大于92%。LTC3456的各種工作模式如表1所示。

便攜式設(shè)備需要從電池電源無縫切換到USB或墻壁電源，反之亦然，以確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。例如，用戶在連接USB線的便攜式MP3播放器上播放音樂。如果USB連接線突然從設(shè)備上拔掉，用戶應(yīng)該能夠繼續(xù)聽音樂而不會受到任何干擾。LTC3456通過系統(tǒng)電源的無縫切換使其成為可能。圖6顯示了圖2電路的USB和2- aa電池電源切換波形。當(dāng)Suspend引腳從低到高時(shí)，USB電源不可用。主輸出和核心輸出在切換時(shí)均顯示小于±2%的總偏差，從而無縫切換到處理器核心和外圍電路。

易于與微處理器接口

LTC3456簡化了與微處理器的接口任務(wù)。PWRON, PWRKEY, PBSTAT和重置引腳為處理器提供所有必需的系統(tǒng)信息，并簡化電源排序。PWRON, PWRKEY和PBSTAT鍵簡化了有序上電和關(guān)閉IC的任務(wù)。該數(shù)據(jù)表包含時(shí)序圖，并給出了有關(guān)其操作的詳細(xì)信息。

LTC3456還包含上電復(fù)位電路(通過引腳訪問)重置)，在上電和關(guān)機(jī)期間都處于活動狀態(tài)。上電復(fù)位需要使處理器在上電時(shí)處于復(fù)位狀態(tài)，并且必須使處理器在所有系統(tǒng)電源穩(wěn)定之前不開始操作。LTC3456的內(nèi)建上電復(fù)位電路監(jiān)測V(INT) (3.3V)和Core (1.8V)電壓，并通過接口到處理器重置銷。的重置在初始上電期間引腳保持低電平。當(dāng)主輸出和核心輸出都進(jìn)入調(diào)節(jié)時(shí)，復(fù)位延遲定時(shí)器被激活。之前有一個(gè)完整的262ms超時(shí)重置被釋放，處理器被允許從復(fù)位狀態(tài)中出來并開始運(yùn)行。262ms的超時(shí)延遲為處理器初始化內(nèi)部寄存器/ ram提供了足夠的時(shí)間。在斷電期間重置別針又拉低了。這防止微處理器進(jìn)入任何隨機(jī)操作模式。

圖7顯示了圖2電路在電池供電模式下的上電和下電波形。的重置當(dāng)電池或外部供電時(shí)，電路的工作原理類似。的重置在V(CORE)進(jìn)入調(diào)節(jié)后，引腳保持低延遲262ms。當(dāng)IC關(guān)斷時(shí)，V(MAIN)和V(CORE)輸出都與輸入電源斷開并放電到地。這可以防止輸出被卡在不確定的邏輯電平狀態(tài)，并對微處理器的操作產(chǎn)生不利影響。它還確保在上電期間輸出以可預(yù)測的方式上升。

電壓監(jiān)測

LTC3456具有片上增益塊，可用于低電量檢測，低電量跳閘點(diǎn)由AIN引腳的兩個(gè)電阻設(shè)置(圖2)。AIN的標(biāo)稱電壓為0.8V。AO引腳是一個(gè)開漏邏輯輸出，當(dāng)引腳AIN的電壓低于0.8V時(shí)，它就會吸收電流。增益塊也可以配置為驅(qū)動外部PNP或PMOS晶體管以產(chǎn)生輔助電壓。

此外，LTC3456具有板載電壓比較器電路，用于檢測USB或墻壁電源的存在，并具有狀態(tài)輸出EXT_PWR銷。的開漏邏輯輸出EXT_PWR可下沉至5mA，適合驅(qū)動外部LED。板載電壓檢測器連續(xù)監(jiān)測USB電壓和交流適配器電壓的狀態(tài)(通過WALLFB引腳)。只要USB或墻壁電源可用并處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，即可使用EXT_PWR大頭針拉低了。

便攜式GPS導(dǎo)航電源

如今的便攜式GPS導(dǎo)航儀使用兩節(jié)AA電池或一個(gè)交流適配器，并配有USB總線(用于數(shù)據(jù)傳輸)。長電池壽命和小系統(tǒng)尺寸是對電源的關(guān)鍵要求。GPS導(dǎo)航儀中使用的微處理器通常需要至少兩種不同的電壓供應(yīng):通常3.3V用于I/O電路，1.5V或1.8V用于處理器核心。導(dǎo)航器可能還需要一個(gè)輔助2.8V電源電壓來偏置LCD顯示控制器IC。

圖8展示了一個(gè)完整、緊湊、高效的便攜式GPS導(dǎo)航電源。V(MAIN)(固定3.3V)為I/O電路提供電源。處理器核心的電源V(core)設(shè)置為1.8V，可以通過改變反饋電阻比來調(diào)節(jié)。3.3V熱插拔輸出為flash存儲卡供電。LTC3456包含一個(gè)未分配增益塊(引腳AIN和AO)，可用作低電量指示器或LDO控制器。圖8中的電路顯示增益塊被用作帶外部PNP的LDO，從主輸出產(chǎn)生輔助2.8V輸出電壓。輔助2.8V電源用于為LCD控制器IC供電。LTC3456的V(MAX)輸出即使在關(guān)機(jī)時(shí)也保持活躍，并用于為實(shí)時(shí)時(shí)鐘供電。

結(jié)論

LTC3456是一款完整的系統(tǒng)電源管理IC，可無縫管理交流適配器、USB電纜和2-AA電池電源之間的電源流。集成USB電源管理器、高效DC-DC轉(zhuǎn)換器、熱插拔控制器和低電量指示燈等眾多功能被壓縮到4mm × 4mm QFN封裝中。外部組件數(shù)量和整體系統(tǒng)成本被最小化。簡單，設(shè)計(jì)靈活性，高集成度和小尺寸使LTC3456成為許多便攜式USB設(shè)備供電的理想選擇。