多功能降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可在各種應(yīng)用中提供高效率

微型硬盤驅(qū)動器是一種流行的存儲介質(zhì)，用于存放在最新便攜式電子設(shè)備中的 MP3 音樂文件、數(shù)碼照片和其他數(shù)據(jù)。同樣，鋰離子電池在這些相同的設(shè)備中也很受歡迎，這帶來了一個小問題，因為迷你磁盤驅(qū)動器通常需要3.3V電源，這正好處于鋰離子電池工作范圍（3.0V至4.2V）的中間。這就要求轉(zhuǎn)換器既能使充滿電的鋰離子電池降壓，又能在放電至3.3V以下時將同一電池升壓。

LTC?3442 是一款 1.2A 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器，非常適合微型磁盤驅(qū)動器應(yīng)用，當然也適用于其他降壓-升壓型應(yīng)用。LTC3442 以 95% 的效率延長了電池壽命，并采用其 3mm × 4mm DFN 封裝適合狹小空間。它以以前的LTC降壓-升壓產(chǎn)品為基礎(chǔ)，增加了可編程自動突發(fā)模式操作、開關(guān)頻率和平均輸入電流限制。

特征

LTC3442 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器采用與 LTC3440 和 LTC3441 相同的固定頻率、四開關(guān)架構(gòu)，因而允許其使用單個電感器來調(diào)節(jié)輸出電壓，其輸入電壓可大于或小于輸出。這為鋰離子至3.3V應(yīng)用提供了出色的解決方案，與SEPIC設(shè)計相比，具有更高的效率、更小的尺寸和更低的成本?？删幊套詣油话l(fā)模式操作使轉(zhuǎn)換器無需外部干預即可更改工作模式，從而在便攜式應(yīng)用中獲得最佳效率。從固定頻率 PWM 模式到突發(fā)模式操作的轉(zhuǎn)換點可通過單個電阻輕松設(shè)置。此外，可編程平均輸入電流限制允許用戶限制從電源汲取的電流。此功能在允許電流消耗限制為最大500mA的USB應(yīng)用中非常有用。四個內(nèi)部 100mΩ MOSFET 開關(guān)即使在高達 3A 的峰值電流下也能提供高效率。可編程開關(guān)頻率和軟啟動為許多不同的應(yīng)用提供了靈活性。輸出斷開，可防止 V 之間出現(xiàn)任何不需要的電流流動在和 V外在正常工作或關(guān)斷期間，是 4 開關(guān)架構(gòu)的固有特性。

具有自動突發(fā)模式操作的 4W、鋰離子至 3.3V 轉(zhuǎn)換器非常適合動態(tài)負載應(yīng)用

典型的鋰離子至3.3V應(yīng)用電路如圖1所示。它提供高效、穩(wěn)壓良好的 3.3V 輸出功率，電流高達 1.2A，紋波非常低，即使電池電壓從 4.2V 到低于 3V 的變化也是如此。自動突發(fā)模式功能使其即使在負載變得非常輕時也能保持高效率。這非常適合便攜式設(shè)備中的微型磁盤驅(qū)動器等應(yīng)用，這些應(yīng)用在啟動期間需要高達一安培的電流，在讀寫周期中需要幾百毫安的電流，但在空閑時間或設(shè)備進入睡眠狀態(tài)時需要的電流要小得多。圖2顯示了轉(zhuǎn)換器效率，峰值為95%。當輸入電壓降至3.3V以下時保持穩(wěn)壓，可以使用電池中的所有能量。它還允許轉(zhuǎn)換器在負載瞬變期間保持穩(wěn)壓，此時電池ESR可能導致輸入電壓暫時降至3.3V以下。相反，當電池電壓接近或降至3.3V以下時，降壓型設(shè)計會失去輸出調(diào)節(jié)。

圖1.鋰離子至 3.3V 轉(zhuǎn)換器提供 1.2A 電流，并具有自動突發(fā)模式操作。

圖2.圖1中轉(zhuǎn)換器的效率與負載的關(guān)系。

自動突發(fā)模式操作允許轉(zhuǎn)換器隨著負載電流的變化而改變工作模式，從而保持高效率，而無需主機發(fā)出任何命令。通過鏡像一小部分輸出電流并將其平均在BURST引腳上，產(chǎn)生與平均負載電流成比例的電壓。當該電壓超過1.12V的內(nèi)部門限時，轉(zhuǎn)換器工作在固定頻率模式。當突發(fā)電壓降至0.88V門限以下時，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到突發(fā)模式操作。因此，提高突發(fā)引腳上的電阻值會降低進入突發(fā)模式時的負載電流（不建議使用高于 250K 的值）。（請注意，主機可以隨時手動控制工作模式，方法是將突發(fā)引腳驅(qū)動在這些閾值以上或以下。

LTC3442 的另一個特性是自適應(yīng)保持電路，該電路可在突發(fā)模式操作期間將 VC 引腳和補償網(wǎng)絡(luò)充電至正確的電壓，以實現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換回固定頻率操作。圖3顯示了轉(zhuǎn)換器根據(jù)負載增加自動從突發(fā)模式操作切換到固定頻率模式時的輸出電壓。如果需要，可以通過將突發(fā)引腳驅(qū)動為高電平（用于固定頻率操作）或低電平（用于突發(fā)模式操作）來強制工作模式。

圖3.突發(fā)模式操作和固定頻率操作之間自動轉(zhuǎn)換期間的輸出電壓。

1MHz USB 至 5V 轉(zhuǎn)換器，具有平均輸入電流限制

越來越多的便攜式電子設(shè)備和計算機外圍設(shè)備使用USB電源運行。雖然這對用戶來說很方便，但它給USB供電設(shè)備的設(shè)計人員帶來了一些挑戰(zhàn)。主機的穩(wěn)壓器容差，加上總線供電集線器和USB電纜中的壓降，導致USB電纜末端的5V調(diào)節(jié)不良，從4.35V到5.25V不等（瞬態(tài)低至4.0V）。圖 4 示出了一款扁平 （1.2mm）、USB 至 5V 轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器采用 LTC3442 來實現(xiàn)高功率總線供電型功能。它接受穩(wěn)壓不良的 USB 輸入，并提供 5V 和 2% 調(diào)節(jié)和小于 20mV 的電壓P–P脈動。圖5顯示了該電路在線路和負載瞬變期間保持嚴格穩(wěn)壓的能力。在本例中，階躍負載導致USB供電電流增加400mA，導致USB輸入電壓下降600mV，而V外僅表現(xiàn)出60mV干擾。

圖4.具有平均輸入電流限制的 5V 轉(zhuǎn)換器，適用于 USB 應(yīng)用。

圖5.圖4中USB轉(zhuǎn)換器的階躍負載調(diào)節(jié)。

轉(zhuǎn)換器效率在92MHz時高達1%，如圖6所示。請注意，在本例中，突發(fā)引腳被拉高以實現(xiàn)固定頻率操作。

圖6.圖5中4V USB轉(zhuǎn)換器的效率與負載的關(guān)系。

對USB總線用戶的限制之一是最大允許電流消耗為500mA。為了保證不超過此限制，USB供電的解決方案通常采用額外的限流電路，從而增加尺寸和成本。LTC3442 通過包括一個可編程平均輸入電流限值解決了這一問題，該限值的工作原理是鏡像輸入電流的一小部分，并使用一個外部 RC 網(wǎng)絡(luò)在 RLIM 引腳上將其平均。RLIM電壓也連接到一個具有1V基準的內(nèi)部放大器。當RLIM電壓達到1V時，放大器箝位VC引腳，根據(jù)需要降低輸出電壓，以防止輸入電流進一步增加。在圖4示例中，發(fā)生過載時，輸入電流被限制在500mA以下。電流限制響應(yīng)時間由RLIM引腳上的濾波電容設(shè)定。圖7顯示了電路對過載的響應(yīng)，V為V外像我一樣下降外增加，USB 輸入電流被鉗位至 0.5A。

圖7.USB轉(zhuǎn)換器的輸入電流限制過載響應(yīng)。

在此應(yīng)用中，需要肖特基二極管來限制開關(guān)節(jié)點上的峰值電壓，并提供小幅的效率改進。請注意，由于二極管是背靠背的，因此 LTC3442 的輸出斷接功能得以保持。首次連接電纜時，與輸入濾波電容器串聯(lián)的電阻可抑制輸入電容器與USB電纜電感諧振引起的任何振蕩或過沖。僅當使用陶瓷輸入電容器時，才需要此阻尼電阻。使用鉭電容器時，電容器的ESR提供阻尼，無需外部電阻。

高效率、恒流白光LED驅(qū)動器

大電流白光LED正被用于許多新應(yīng)用，包括手機攝像頭的閃光燈。這些應(yīng)用需要小型、高效率的解決方案，能夠提供穩(wěn)定的LED電流，可能需要設(shè)置在幾百毫安到超過1A的任意位置，同時由鋰離子電池供電。對于典型的白光LED電壓范圍為3V至4V，需要降壓-升壓轉(zhuǎn)換器來最大限度地延長鋰離子電池的使用壽命。

大多數(shù) LED 驅(qū)動器必須使用電流檢測電阻來調(diào)節(jié) LED 電流。這種方法會降低效率，并需要增加電路板空間，因為電阻的尺寸必須能夠處理LED中的高峰值電流。圖 8 顯示了針對此應(yīng)用的獨特解決方案，其中 LTC3442 配置為一個固定頻率恒定電流源。通過利用 BURST 引腳上的輸出電流鏡（通常用于自動突發(fā)模式操作），無需電流檢測電阻。在此應(yīng)用中，反饋環(huán)路在檢測的平均輸出電流而不是輸出電壓上閉合。通過基本無損電流檢測，可實現(xiàn)94%的效率，如圖9所示。通過改變 BURST 引腳上的電阻，可以輕松設(shè)置或快速更改 LED 電流，就像在脈沖閃光燈中一樣。它也可以通過關(guān)斷輸入打開和關(guān)閉。圖10顯示了閃存應(yīng)用中對脈沖輸入的響應(yīng)。整個解決方案只有2mm高。

圖8.適用于鋰離子電池供電應(yīng)用的恒流白光 LED 驅(qū)動器。

圖9.圖8所示大電流LED驅(qū)動器的效率與負載的關(guān)系。

圖 10.圖8中LED恒流驅(qū)動器在閃光燈應(yīng)用中的階躍響應(yīng)。

該電路還具有過壓保護功能，可在 LED 電流路徑開路時防止輸出電壓過高。通過將 RLIM 引腳連接到 V 上的電阻分壓器外，RLIM 輸入用作具有 1.0V 基準的過壓比較器。將RLIM提升到1.0V以上會下拉VC引腳，從而限制輸出電壓。通過使分壓電阻的值相對較小，輸入電流鏡向RLIM提供的電流對過壓閾值的影響可以忽略不計。

結(jié)論

凌力爾特的 LTC3442 同步降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器具有自動突發(fā)模式操作和可編程輸入電流限制功能，簡化了各種應(yīng)用中的系統(tǒng)電源設(shè)計。降壓-升壓架構(gòu)和 100mΩ 內(nèi)部開關(guān)提供具有高電流能力的穩(wěn)健、高效率解決方案，而自動突發(fā)模式功能可最大限度地延長負載要求變化很大的便攜式鋰離子電池供電設(shè)備的運行時間?？删幊誊浧饎雍烷_關(guān)頻率以及外部補償使 LTC3442 成為一種非常靈活的解決方案。3mm × 4mm DFN 封裝的高集成度，以及使用扁平電感器和全陶瓷電容器在超過 1MHz 的速率下高效工作的能力，有助于設(shè)計人員節(jié)省寶貴的電路板空間，并滿足當今微型便攜式應(yīng)用的嚴格高度要求。

審核編輯：郭婷