一顆IC芯片從單節(jié)鋰離子電池產(chǎn)生三個(gè)低于2V的電源軌

一顆IC芯片從單節(jié)鋰離子電池產(chǎn)生三個(gè)低于2V的電源軌

?IC 工藝幾何尺寸的日益縮小促使當(dāng)今電子產(chǎn)品的工作電壓降至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 2V 的水平，由此帶來了諸多的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。一個(gè)常見的問題是需要多個(gè)電源電壓，例如：一個(gè)電壓用于 CPU 內(nèi)核，另一個(gè)電壓用于 I/O，還有其它一些電壓則用于外設(shè)。敏感的 RF、音頻和仿真電路有可能需要另外的專用低噪聲電源 (這些電源與那些對(duì)噪聲不太敏感的數(shù)字電路是分開的)。隨著電源數(shù)目的增加，為每個(gè)電壓和具有特殊要求的子系統(tǒng)使用一個(gè)單獨(dú)的電源 IC 變得不切實(shí)際。電路板的面積將很快地被日漸增多的電源所占用。針對(duì)空間不足的一種解決方案是利用一個(gè)三路穩(wěn)壓器 (例如：LTC?3446，可由單顆 IC 芯片提供 3 種電壓) 來實(shí)現(xiàn)電源集成。
內(nèi)置于一個(gè)纖巧型封裝中的三路電源
LTC3446 集成了一個(gè) 1A 同步降壓型穩(wěn)壓器和兩個(gè) 300mA 非常低壓差 VLDO? 線性穩(wěn)壓器，以從單個(gè)輸入電壓提供多達(dá)三種降壓輸出電壓，該器件采用了纖巧型 3mm x 4mm DFN 封裝。2.7V 至 5.5V 的輸入電壓范圍非常適合于鋰離子/鋰聚合物電池供電型應(yīng)用，以及從 5V 或 3.3V 電源軌來為低電壓邏輯電路供電。輸出電壓范圍向下擴(kuò)展至 0.4V (用于 VLDO 穩(wěn)壓器) 和 0.8V (用于降壓型轉(zhuǎn)換器)。
每個(gè)輸出均通過其自己的使能引腳來獨(dú)立地啟用或關(guān)斷。當(dāng)所有的輸出均被關(guān)斷時(shí)，VIN 靜態(tài)電流將降至 1μA 或更低，從而保存了電池功率。每個(gè)輸出的調(diào)節(jié)電壓由外部電阻分壓器來設(shè)置。可通過調(diào)節(jié) ITH 引腳上的 RC 網(wǎng)絡(luò)來使降壓穩(wěn)壓器環(huán)路響應(yīng)與負(fù)載相適應(yīng)。
高效率和低噪聲
1A 同步降壓型轉(zhuǎn)換器以高效率 (達(dá) 90%) 提供了主輸出。該降壓型轉(zhuǎn)換器執(zhí)行 2.25MHz 的恒定頻率電流模式操作，因而允許使用小的電容器和電感器。兩個(gè) 300mA VLDO 穩(wěn)壓器可以連接起來，以把降壓轉(zhuǎn)換器輸出作為工作電源，以提供兩個(gè)額外的較低電壓輸出。這樣，降壓轉(zhuǎn)換器將以高效率 (這是開關(guān)穩(wěn)壓器的特征) 來執(zhí)行大部分降壓操作，而 VLDO 穩(wěn)壓器則以上佳的效率和極低的噪聲電平 (這是線性穩(wěn)壓器的特征) 提供了額外的較低電壓。

?圖 1：LTC3446 電源配置為從1A降壓穩(wěn)壓器提供1.8V輸出以及從 300mA VLDO 穩(wěn)壓器提供 1.5V 和 1.2V 輸出時(shí)的電路原理圖。VLDO 穩(wěn)壓器由降壓輸出通過LVIN 引腳來供電。
圖 1 中的電路原理圖標(biāo)出了 LTC3446 被配置為從降壓穩(wěn)壓器提供 1.8V 輸出、從第一個(gè) VLDO 穩(wěn)壓器提供 1.5V 輸出、從第二個(gè) VLDO 穩(wěn)壓器提供 1.2V 輸出時(shí)的情形。圖 2 示出了裝配在一塊印刷電路板上的圖 1 電路。

圖 2：裝配在一塊印刷電路板上的 LTC3446 三路電源

圖 3：LTC3446 的降壓型穩(wěn)壓器與負(fù)載電流的關(guān)系曲線
在輕負(fù)載條件下可選擇執(zhí)行突發(fā)模式 (Burst Mode?) 操作或脈沖跳躍操作
LTC3446 的降壓型穩(wěn)壓器具有突發(fā)模式操作功能，在輕負(fù)載條件下運(yùn)作時(shí)可實(shí)現(xiàn)最佳的效率，為此付出的代價(jià)是輸出紋波增大，并產(chǎn)生了低于 2.25MHz 時(shí)鐘頻率的開關(guān)噪聲?？赏ㄟ^把 MODESEL 引腳拉至高電平來停用突發(fā)模式操作，這將使 LTC3446 以 2.25MHz 的時(shí)鐘頻率連續(xù)執(zhí)行開關(guān)操作 (直至負(fù)載非常輕的條件下)，從而根據(jù)需要跳過某些脈沖，以維持穩(wěn)壓作用。圖 3 描繪了降壓型穩(wěn)壓器的效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線，并且示出了通過在負(fù)載電流低于 100mA 的條件下執(zhí)行突發(fā)模式操作而實(shí)現(xiàn)的典型效率提升。
非常低壓差 (VLDO) 線性穩(wěn)壓器
LTC3446 中的 VLDO 采用了一種 NMOS 源極跟隨器架構(gòu)，旨在克服壓差電壓、靜態(tài)電流和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)之間的傳統(tǒng)折衷問題，這是大多數(shù) PMOS 和 PNP 型 LDO 穩(wěn)壓器架構(gòu)中的固有問題。VIN 引腳 (參閱圖 1) 僅提供 VLDO 控制和基準(zhǔn)電路所需的微功率偏壓 (通常處于單節(jié)鋰離子電池電壓)。實(shí)際的負(fù)載電流由 LVIN 引腳提供，該引腳可被連接至降壓型穩(wěn)壓器的輸出。
每個(gè) VLDO 穩(wěn)壓器提供了一個(gè)高準(zhǔn)確度輸出，該輸出能夠提供 300mA 的輸出電流和一個(gè)僅 70mV 的典型壓差電壓 (從 LVIN 至 LVOUT)。VIN 應(yīng)超過 LVOUT 調(diào)節(jié)點(diǎn)達(dá) 1.4V，以提供足夠柵極驅(qū)動(dòng)電壓至內(nèi)部 NMOS 傳輸器件。典型的單節(jié)鋰離子電池工作電壓擴(kuò)展到低至 3.2V，因而可支持高達(dá) 1.8V 的 VLDO 輸出電壓。