LTC3675 非常適用于要求用單節(jié)鋰離子電池提供多個(gè)電源軌的應(yīng)用 - 全文

LTC3675?是一個(gè)節(jié)省空間的單芯片電源解決方案，適用于靠單節(jié)鋰離子電池運(yùn)行的多軌應(yīng)用。其?4mm?x?7mm?QFN?封裝中含有兩個(gè)?500mA?降壓型穩(wěn)壓器、兩個(gè)?1A?降壓型穩(wěn)壓器、一個(gè)?1A?升壓型穩(wěn)壓器、一個(gè)?1A?降壓-升壓型穩(wěn)壓器、一個(gè)能以高達(dá)?25mA?驅(qū)動(dòng)兩串?LED?的升壓型?LED?驅(qū)動(dòng)器、以及一個(gè)為內(nèi)務(wù)處理微處理器供電的始終保持接通的?25mA?LDO。所有穩(wěn)壓器都可通過(guò)?I2C?加以控制。圖?1?所示是一個(gè)靠單節(jié)鋰離子電池運(yùn)行的?8?軌解決方案。

?

?

圖?1：通過(guò)單個(gè)?IC，可用鋰離子電池提供?8?個(gè)電源軌，其中包括一個(gè)?LED?驅(qū)動(dòng)器。

EXPOSED?PAD：裸露焊盤

I2C?CONTROL：I2C?控制

MICROPROCESSOR?CONTROL：微處理器控制

PUSHBUTTON：按鈕

UP?TO?10?LEDS：多達(dá)?10?個(gè)?LED

Li-Ion?CELL：鋰離子電池

ALL?PULL?UP?RESISTORS?ARE?100k：*所有上拉電阻器均為?100k。

開關(guān)穩(wěn)壓器的特點(diǎn)

LTC3675?中的所有電壓穩(wěn)壓器都是內(nèi)部補(bǔ)償?shù)膯纹椒€(wěn)壓器。降壓型穩(wěn)壓器和降壓-升壓型穩(wěn)壓器可以通過(guò)使能引腳或?I2C?啟動(dòng)，而升壓型穩(wěn)壓器僅通過(guò)?I2C?啟動(dòng)。穩(wěn)壓器的反饋調(diào)節(jié)電壓可通過(guò)?I2C?設(shè)定在?425mV?至?800mV?的范圍內(nèi)?(以?25mV?步進(jìn))。

每個(gè)穩(wěn)壓器都提供兩種輕負(fù)載工作模式。降壓型穩(wěn)壓器提供突發(fā)模式?(Burst?Mode?)?工作以實(shí)現(xiàn)最高效率，降壓型穩(wěn)壓器還提供脈沖跳躍模式以實(shí)現(xiàn)更加能可預(yù)測(cè)的?EMI。升壓型和降壓-升壓型穩(wěn)壓器提供突發(fā)模式工作和?PWM?模式。每個(gè)穩(wěn)壓器的工作模式都可以通過(guò)?I2C?設(shè)定。

這些穩(wěn)壓器還具有可通過(guò)?I2C?在開關(guān)邊沿設(shè)定轉(zhuǎn)換率的控制，在開關(guān)邊沿處，快速切換可產(chǎn)生更高的效率，而慢速切換可改善?EMI?性能。

并聯(lián)降壓型穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的負(fù)載電流能力

LTC3675?中任何兩個(gè)連續(xù)編號(hào)的降壓型穩(wěn)壓器都可并聯(lián)連接，以產(chǎn)生具合并的負(fù)載電流能力的單個(gè)穩(wěn)壓器輸出。例如，降壓型穩(wěn)壓器?1?(能提供?1A?電流)?和穩(wěn)壓器?2?(能提供?1A)?并聯(lián)起來(lái)，以提供高達(dá)?2A?負(fù)載電流的單個(gè)降壓型穩(wěn)壓器。類似地，降壓型穩(wěn)壓器?2?和穩(wěn)壓器?3?可以并聯(lián)，以產(chǎn)生負(fù)載電流能力高達(dá)?1.5A?的單個(gè)降壓型穩(wěn)壓器，降壓型穩(wěn)壓器?3?和穩(wěn)壓器?4?可以并聯(lián)，以產(chǎn)生負(fù)載電流能力高達(dá)?1A?的單個(gè)降壓型穩(wěn)壓器。

當(dāng)兩個(gè)降壓型穩(wěn)壓器并聯(lián)時(shí)，號(hào)碼較小的降壓型穩(wěn)壓器充當(dāng)主穩(wěn)壓器，以及控制號(hào)碼較大的從屬降壓型穩(wěn)壓器的功率級(jí)。組合降壓型穩(wěn)壓器的行為方式是通過(guò)主?(號(hào)碼較小的)?穩(wěn)壓器設(shè)定的。為了將一個(gè)降壓型穩(wěn)壓器配置為從屬穩(wěn)壓器，其反饋引腳必須連接至?VIN，而且主穩(wěn)壓器和從屬穩(wěn)壓器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)必須一起短接到一個(gè)共用的電感器。從開關(guān)引腳到電感器，主穩(wěn)壓器和從屬穩(wěn)壓器的走線阻抗必須保持相同，以在兩個(gè)功率級(jí)中得到較好的電流分配。走線阻抗不同可能影響組合降壓型穩(wěn)壓器的負(fù)載能力。

在圖?2?所示應(yīng)用中，降壓型穩(wěn)壓器?1?和穩(wěn)壓器?2?并聯(lián)，其中降壓型穩(wěn)壓器?1?充當(dāng)主穩(wěn)壓器，降壓型穩(wěn)壓器?2?作為從屬穩(wěn)壓器。

?

?

圖?2：并聯(lián)降壓型穩(wěn)壓器?1?和穩(wěn)壓器?2?可提高負(fù)載電流能力。利用通常用來(lái)驅(qū)動(dòng)?LED?串的升壓型穩(wěn)壓器產(chǎn)生?12V?輸出。

EXPOSED?PAD：裸露焊盤

I2C?CONTROL：I2C?控制

MICROPROCESSOR?CONTROL：微處理器控制

PUSHBUTTON：按鈕

Li-Ion?CELL：鋰離子電池

*ALL?PULL?UP?RESISTORS?ARE?100k?D1：*所有上拉電阻器均為?100k。

LED?驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)

LED?驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)兩個(gè)?LED?串，每串的?LED?數(shù)目可多達(dá)?10?個(gè)。LED?驅(qū)動(dòng)器可以另行配置為高壓升壓型穩(wěn)壓器。

當(dāng)為驅(qū)動(dòng)兩個(gè)?LED?串的驅(qū)動(dòng)器配置時(shí)，LED?1?或?LED?2?引腳中電壓較低的引腳是穩(wěn)定點(diǎn)。在圖?1?中，LED_FS?引腳上的?20k?電阻器將?LED?的滿標(biāo)度電流設(shè)定為?25mA。在這個(gè)電流值上，兩個(gè)?LED?串之間實(shí)現(xiàn)了好于?1%?的匹配。自動(dòng)分級(jí)電路允許?LED?電流以用戶設(shè)定的速率改變。

就要求?LED?偏置到高于?25mA?電流的應(yīng)用而言，通過(guò)?I2C?設(shè)定編程寄存器中的一個(gè)位，所設(shè)定的電流就可以加倍。就?20k?LED_FS?電阻器而言，設(shè)定這個(gè)位，就設(shè)定了?50mA?的滿標(biāo)度電流。以這種模式使用時(shí)，輸出電壓限定為?20V。

LED?驅(qū)動(dòng)器配置為高壓升壓型穩(wěn)壓器?

利用?I2C?命令，可以將?LED?驅(qū)動(dòng)器配置為以高壓升壓型穩(wěn)壓器工作。LED_OV?引腳充當(dāng)反饋引腳。高達(dá)?40V?的輸出電壓可以用外部電阻器設(shè)定。在圖?2?中，LED?驅(qū)動(dòng)器配置為升壓型穩(wěn)壓器，提供?12V?輸出。為了保持穩(wěn)定性，平均電感器電流不得超過(guò)?750mA。就一個(gè)?12V?輸出而言，在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)，可以提供高達(dá)?150mA?的負(fù)載電流。

按鈕接口和順序加電

LTC3675?可以利用?ONB?引腳加電或斷電。與?ONB、RSTB?和?WAKE?引腳有關(guān)的時(shí)序都由?CT?電容器設(shè)定。在以下討論中，假定?CT?電容器的值是?0.01μF。

利用按鈕接口和精確的使能門限，可以順序啟動(dòng)穩(wěn)壓器。當(dāng)所有穩(wěn)壓器都斷開時(shí)，使能引腳門限為?650mV。一個(gè)穩(wěn)壓器一旦通過(guò)?I2C?或其使能引腳啟動(dòng)，那么其余使能引腳的門限就設(shè)定為精確的?400mV。這允許實(shí)現(xiàn)控制良好的順序加電。

初始加電之后，如果沒(méi)有穩(wěn)壓器尚未啟動(dòng)，那么就保持?ONB?引腳為低并持續(xù)?400ms，這將使?WAKE?引腳變高并持續(xù)?5?秒。WAKE?引腳可以硬連接到一個(gè)使能引腳，以給任何單獨(dú)的穩(wěn)壓器加電，然后該穩(wěn)壓器的輸出可以用來(lái)給另一個(gè)穩(wěn)壓器加電。LTC3675?能以這種方式順序加電，如圖?3?所示。圖?4?所示是降壓型穩(wěn)壓器?1、接下來(lái)是降壓型穩(wěn)壓器?2、然后是降壓型穩(wěn)壓器?3?的順序加電。在?WAKE?引腳變?yōu)?LOW?之前，必須寫入一條?I2C?命令，以強(qiáng)調(diào)降壓型穩(wěn)壓器?1?的已啟動(dòng)狀態(tài)。否則，當(dāng)?WAKE?引腳被拉低時(shí)，降壓型穩(wěn)壓器?1?關(guān)斷，從而引起降壓型穩(wěn)壓器?2?和穩(wěn)壓器?3?也斷電。

?

?

圖?3：具穩(wěn)壓器啟動(dòng)排序的單串?LED?驅(qū)動(dòng)器

EXPOSED?PAD：裸露焊盤

I2C?CONTROL：I2C?控制

MICROPROCESSOR?CONTROL：微處理器控制

PUSHBUTTON：按鈕

Li-Ion?CELL：鋰離子電池

*ALL?PULL?UP?RESISTORS?ARE?100k：*所有上拉電阻器均為?100k。

?

?

圖?4：順序啟動(dòng)的?4?個(gè)降壓型穩(wěn)壓器

100us/DIV：每格?100us

如果?LTC3675?有一個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)壓器已啟動(dòng)，那么按下?ONB?引腳上的按鈕，并持續(xù)?5?秒鐘，就產(chǎn)生一次硬復(fù)位。硬復(fù)位使所有已啟動(dòng)的穩(wěn)壓器斷電并持續(xù)?1?秒鐘。1?秒鐘之后，退出硬復(fù)位狀態(tài)，而且?I2C?寄存器全都設(shè)定為缺省狀態(tài)。還可以通過(guò)?I2C?命令利用?RESET_ALL?位產(chǎn)生硬復(fù)位。

一旦?LTC3675?處于?ON?狀態(tài)，那么?PBSTAT?引腳就反應(yīng)?ONB?引腳的狀態(tài)。在初始加電時(shí)，如果?ONB?引腳被拉低，而且所有穩(wěn)壓器都斷開，那么?PBSTAT?就保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。如果某個(gè)穩(wěn)壓器被啟動(dòng)，那么?ONB?變低并持續(xù)至少?50ms，并使?PBSTAT?也變低。

I2C?的特點(diǎn)

I2C接口通過(guò)?11?個(gè)程序寄存器和兩個(gè)狀態(tài)寄存器提供可編程性和狀態(tài)報(bào)告。可以在任何時(shí)間讀取這些寄存器的內(nèi)容，以確保正確工作。

每個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器都與單個(gè)程序寄存器有關(guān)，而?LED?驅(qū)動(dòng)器由兩個(gè)程序寄存器控制。UVOT?程序寄存器用來(lái)選擇?8?個(gè)預(yù)置欠壓報(bào)警門限之一和?3?個(gè)預(yù)置芯片溫度報(bào)警門限之一。

如果已經(jīng)發(fā)生了故障，那么?I2C?端口也用來(lái)復(fù)位?IRQB?引腳和鎖存的狀態(tài)寄存器位。

錯(cuò)誤情況報(bào)告?——?利用?RSTB?引腳實(shí)現(xiàn)加電復(fù)位

當(dāng)報(bào)告錯(cuò)誤情況時(shí)，LTC3675?的?RSTB?和?IRQB?引腳被拉低，否則這兩個(gè)引腳保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。所報(bào)告的錯(cuò)誤情況包括失穩(wěn)輸出電壓、輸入欠壓和過(guò)熱警報(bào)。

每個(gè)穩(wěn)壓器都有一個(gè)內(nèi)部電源良好?(PGOOD)?信號(hào)，該信號(hào)指示輸出電壓狀態(tài)。如果穩(wěn)壓器已啟動(dòng)，且輸出電壓比設(shè)定值低?7.5%?以上，那么穩(wěn)壓器的輸出電壓就被定義為不良。PGOOD?位設(shè)定為零，表明輸出電壓不良。LED?驅(qū)動(dòng)器僅當(dāng)配置為高壓升壓型穩(wěn)壓器時(shí)，才使用其?PGOOD?信號(hào)。

如果沒(méi)有屏蔽，那么?PGOOD?位變低將拉低?RSTB?引腳。錯(cuò)誤情況清除以后，RSTB?引腳返回高阻抗?fàn)顟B(tài)。通過(guò)設(shè)定?RSTB?屏蔽寄存器，用戶可以有選擇地屏蔽某種錯(cuò)誤情況，以在該錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，不拉低?RSTB?引腳。例如，如果升壓型穩(wěn)壓器已啟動(dòng)，但用戶不需要知道其輸出的狀態(tài)，那么用戶就可以設(shè)定?RSTB?屏蔽寄存器，以在該升壓型寄存器的輸出不良時(shí)，使?RSTB?引腳不被拉低。

RSTB?引腳可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)加電復(fù)位功能。某個(gè)穩(wěn)壓器啟動(dòng)以后，RSTB?引腳被拉低，并保持低電平狀態(tài)，直到該穩(wěn)壓器的輸出電壓高于?PGOOD?門限并持續(xù)?200ms?為止。之后，RSTB?引腳返回到高阻抗?fàn)顟B(tài)。上述例子假定，RSTB?屏蔽寄存器中的內(nèi)容設(shè)定為，允許已啟動(dòng)穩(wěn)壓器的?PGOOD?信號(hào)拉低?RSTB?引腳。

當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，IRQB?引腳也被拉低，并保持低電平，即使錯(cuò)誤狀況得到糾正也不變。IRQB?引腳是利用?I2C?命令清除的。除了報(bào)告不良的穩(wěn)壓器輸出電壓，如果超過(guò)輸入欠壓或過(guò)熱報(bào)警門限二者之一，IRQB?引腳也被拉低。通過(guò)設(shè)定?IRQB?屏蔽寄存器，可以有選擇地屏蔽導(dǎo)致?IRQB?引腳被拉低的錯(cuò)誤情況。輸入欠壓警報(bào)和過(guò)熱警報(bào)不可屏蔽。

實(shí)時(shí)狀態(tài)寄存器和鎖存狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確揭示故障本質(zhì)。當(dāng)錯(cuò)誤情況改變時(shí)，實(shí)時(shí)狀態(tài)寄存器中錯(cuò)誤報(bào)告位的狀態(tài)也隨之改變。當(dāng)未屏蔽錯(cuò)誤情況發(fā)生時(shí)，鎖存狀態(tài)寄存器的信息是鎖定的，在鎖定事件后，該寄存器中的內(nèi)容不再變化。在?IRQB?清除命令生效時(shí)，清除鎖存狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容。

輸入欠壓故障報(bào)警和停機(jī)

LTC3675?能在輸入電壓低至?2.7V?時(shí)工作。然而，在鋰離子電池一路放電至?2.7V?期間，其他器件也許需要停機(jī)或進(jìn)入低功率狀態(tài)。LTC3675?提供一個(gè)輸入欠壓報(bào)警信號(hào)，其門限可通過(guò)?I2C?設(shè)定為?8?個(gè)電平之一。當(dāng)輸入電壓降至設(shè)定的門限電壓時(shí)，IRQB?引腳被拉低，表明出現(xiàn)了故障。狀態(tài)寄存器可讀以確定故障，并采取任何所需的糾正措施。

LTC3675?還提供輸入欠壓停機(jī)功能，如果輸入電源電壓降至低于?2.45V，那么就關(guān)斷所有已啟動(dòng)的穩(wěn)壓器。程序寄存器中的內(nèi)容被復(fù)位到缺省狀態(tài)。一旦輸入電壓升高到超過(guò)?2.55V，就恢復(fù)工作。

過(guò)熱故障報(bào)警和停機(jī)

LTC3675?占用非常小的電路板空間，但能提供超過(guò)?15W?的輸出功率。即使是其高效率穩(wěn)壓器，總的效率損失也會(huì)產(chǎn)生熱量，這會(huì)提高芯片的溫度。為了保護(hù)芯片和其他組件，LTC3675?提供?4?個(gè)可通過(guò)?I2C?選擇的芯片溫度報(bào)警門限。當(dāng)芯片溫度超過(guò)選定的報(bào)警門限時(shí)，IRQB?引腳拉低。如果有警報(bào)，那么狀態(tài)寄存器就可讀以確定故障原因。

如果芯片溫度超過(guò)?150oC，那么所有已啟動(dòng)的穩(wěn)壓器都停機(jī)，程序寄存器復(fù)位到缺省狀態(tài)。一旦芯片溫度降至低于?135oC，就恢復(fù)工作。

結(jié)論

LTC3675?非常適用于要求用單節(jié)鋰離子電池提供多個(gè)電源軌的應(yīng)用。6?個(gè)穩(wěn)壓器加上一個(gè)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)?LED?串的驅(qū)動(dòng)器，使?LTC3675?有別于同類電源管理解決方案?？赏ㄟ^(guò)?I2C?編程以及故障報(bào)告使設(shè)計(jì)師能以高效率使用電池功率，從而最大限度地延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)熱量管理。LTC3675?采用節(jié)省空間的?4mm?x?7mm?QFN?封裝。