LTC3112延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間和處理多個(gè)輸入源的理想解決方案

耗電的手持設(shè)備和工業(yè)儀器通常需要多節(jié)電池或高容量電池來(lái)支持其不斷增長(zhǎng)的處理需求。寬電壓范圍、高效率降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間和處理多個(gè)輸入源的理想解決方案。LTC?3112 是一款能夠 2.2V 至 15V 輸入的 2.5A 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器。擴(kuò)展的電壓范圍允許從各種電源（如一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)鋰離子電池、鉛酸電池、超級(jí)電容器、USB 電纜和墻上適配器）轉(zhuǎn)換為編程在 2.5V 和 14V 之間的輸出電壓。

LTC3112 采用最新一代的降壓-升壓型 PWM 控制方案，在跨越降壓和升壓操作之間的障礙時(shí)有效地消除了抖動(dòng)。電流限制、過(guò)壓保護(hù)、熱關(guān)斷和短路保護(hù)等保護(hù)措施可在惡劣環(huán)境中提供穩(wěn)健的操作。

對(duì)于元件尺寸或轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要的苛刻應(yīng)用，LTC3112 的 750kHz 默認(rèn)開(kāi)關(guān)頻率可在 300kHz 和 1.5MHz 之間同步。對(duì)于需要控制或測(cè)量輸出電流的設(shè)計(jì)，可以使用輸出電流監(jiān)視器引腳?？蛇x擇的突發(fā)模式操作可延長(zhǎng)電池供電設(shè)備空閑時(shí)的使用壽命。

圖 1 所示的基于 LTC3112 的轉(zhuǎn)換器能夠以一個(gè) 12V 輸出產(chǎn)生 30W 的功率。解決方案占地面積小于200mm2，這是基于控制器的降壓-升壓或具有類似功率水平的復(fù)雜雙電感SEPIC設(shè)計(jì)無(wú)法比擬的。主要的外部元件僅限于輸入和輸出濾波器電容以及功率電感器。LTC3112 采用耐熱性能增強(qiáng)型 16 引腳 4mm × 5mm DFN 或 20 引腳 TSSOP 封裝。

圖1.基于 LTC3112 的 30W 解決方案。

從多個(gè)輸入源操作

LTC3112 的寬工作范圍允許器件由多個(gè)輸入電源供電。圖 2 示出了 LTC4412 PowerPath 控制器 （TSOT-23 封裝） 在兩個(gè)輸入電源之間提供低損耗選擇的應(yīng)用。LTC4412 在所選的 P 溝道 MOSFET 兩端維持一個(gè) 20mV 正向電壓，從而將損耗降至最低。在此電路中，LTC4412 自動(dòng)將單節(jié)鋰離子電池或 12V 墻上適配器中的較大者切換到 LTC3112 的輸入。

圖2.LTC4412 PowerPath 控制器選擇最高電壓輸入來(lái)為 LTC3112 轉(zhuǎn)換器供電。

基于兩個(gè)輸入源的效率曲線如圖3所示。任一輸入均可實(shí)現(xiàn)大于 90% 的峰值效率?？蛇x突發(fā)模式操作（虛線）具有 50μA 的典型睡眠電流，擴(kuò)展了高效率操作，可承受超過(guò) 20 倍的負(fù)載電流。

圖3.單個(gè)鋰離子電池 （3.6V） 或墻上插頭 （12V） 的輸出效率為 5V。

前饋網(wǎng)絡(luò) （CFF， RFF圖2）連接之間的V型在FB 引腳在施加墻上適配器電壓時(shí)提供改進(jìn)的瞬態(tài)響應(yīng)。通過(guò)首先測(cè)量COMP處電壓變化（V）來(lái)選擇前饋值在從 3.6V 轉(zhuǎn)換到 12V。在COMP處觀察到380mV的變化，V的最佳值在和 RFF現(xiàn)在可以按如下方式計(jì)算：

V外在 15μs 轉(zhuǎn)換期間，采用 47μF 輸出電容 （圖 4） 和 500mA 負(fù)載時(shí)，調(diào)節(jié)率保持在 300mV 或 6% 以內(nèi)。一個(gè)下降的V在邊緣速度慢約 10 倍，因此瞬態(tài)更小。

圖4.3.6V至12V輸入階躍和產(chǎn)生的V外短暫的。

采用圖2補(bǔ)償元件的3.6V輸入、5V輸出負(fù)載階躍響應(yīng)如圖5所示。在這種情況下，250mA至1A負(fù)載階躍僅產(chǎn)生250mV的瞬態(tài)電壓。外采用一個(gè) 47μF 輸出電容器。圖 4 和圖 5 說(shuō)明了如何配置 LTC3112 的環(huán)路響應(yīng)，以提供對(duì)輸入電壓和輸出電流負(fù)載階躍的出色響應(yīng)。

圖5.250mA至1A負(fù)載階躍和產(chǎn)生的V外短暫的。

5V 備用電源

為了保護(hù)數(shù)據(jù)，某些數(shù)據(jù)系統(tǒng)在主電源發(fā)生故障時(shí)需要很短的時(shí)間備份數(shù)據(jù)。一組超級(jí)電容器通常用于提供所需的能量爆發(fā)。LTC3112 的寬輸入電壓范圍以及降壓或升壓能力使其成為此類應(yīng)用的理想選擇，如圖 6 所示。

圖6.用于 5V 電源軌的備用電源運(yùn)行低至 V在= 2.2V。

在該電路中，一堆總功率為22mF的超級(jí)電容器在主電源處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)充電至15V。并聯(lián)放置一個(gè)較低的 ESR 電解或陶瓷電容，以最小化 Vcc在脈動(dòng)在本例中，電源引腳由 5V 輸出反向驅(qū)動(dòng)，因而允許 LTC3112 的柵極驅(qū)動(dòng)電路在采用一個(gè)低至 15V 至 2.2V 的輸入電壓時(shí)高效運(yùn)作。輸入端的可用能量由下式給出：

備份事件的結(jié)果如圖 7 所示。來(lái)自 V 的電阻網(wǎng)絡(luò)在， V外GND 用于驅(qū)動(dòng) RUN 引腳，以提供 V 的干凈關(guān)斷外.在本例中，從LTC3112汲取一個(gè)恒定的250mA負(fù)載，從而產(chǎn)生V在電容器保持穩(wěn)壓1.7秒，平均轉(zhuǎn)換效率為88%，包括超級(jí)電容器損耗。

圖7.電源備用事件期間的超級(jí)電容放電性能。

前面的示例可以根據(jù)超級(jí)電容器的額定電壓和備用所需的能量輕松擴(kuò)展。我外引腳（圖6）可由ADC監(jiān)控，以測(cè)量備份事件期間的負(fù)載電流。設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要考慮因素是降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流能力。如圖 8 所示，LTC3112 能夠在 V在>> V外.當(dāng)轉(zhuǎn)換器從降壓模式轉(zhuǎn)換到升壓模式時(shí)，最大負(fù)載電流相應(yīng)下降。

圖8.最大輸出電流與VIN的關(guān)系 VOUT = 5V and VCC back-fed

總結(jié)

LTC3112 可在一系列需要擴(kuò)展的輸入或輸出電壓范圍的應(yīng)用中產(chǎn)生低噪聲降壓-升壓轉(zhuǎn)換。LTC3112 支持大負(fù)載電流的能力使其成為具有更高處理能力的手持設(shè)備的理想選擇。解決方案尺寸和轉(zhuǎn)換效率得益于 50mΩ N 溝道 MOSFET 開(kāi)關(guān)和耐熱增強(qiáng)型封裝。為了提供更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間，低突發(fā)模式靜態(tài)電流可在數(shù)十年的負(fù)載電流內(nèi)擴(kuò)展高效率。諸如同步開(kāi)關(guān)頻率、可編程輸出電壓、負(fù)載電流監(jiān)視器和外部環(huán)路補(bǔ)償?shù)忍匦允沟?LTC3112 能夠針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行定制。

審核編輯：郭婷