具有智能PowerPath控制的18V降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

從多個(gè)輸入源進(jìn)行操作的要求是 在由各種驅(qū)動(dòng)力的應(yīng)用中越來越普遍 電池化學(xué)成分、墻上適配器和直流電壓軌 比如 USB。提供升壓或降壓的能力 通常需要轉(zhuǎn)換，具體取決于電壓 每個(gè)輸入的范圍和所需的輸出電壓。

從多個(gè)電源供電時(shí) 概念上很簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn) 可能很復(fù)雜。損失 在電源路徑中，優(yōu)先級(jí) 由此產(chǎn)生的輸入源和電壓尖峰 從感應(yīng)電纜插入可以全部 增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

LTC3118 通過將一個(gè)雙通道、低損耗 PowerPath 控制器與一個(gè)高效率降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器相結(jié)合來解決這些問題，如圖 1 所示。獨(dú)特的架構(gòu)允許從輸入源 VIN1 或 VIN2 轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓輸出電壓 VOUT，VOUT 可以高于或低于任一輸入。高達(dá) 18V 的工作電壓為 12V 標(biāo)稱電源提供了足夠的電壓裕量。該轉(zhuǎn)換器支持高功耗設(shè)計(jì)，能夠向負(fù)載提供超過 2A 的電流。LTC3118 的電流模式控制架構(gòu)可快速響應(yīng)線路或負(fù)載瞬變，從而保持對(duì)輸出的嚴(yán)格調(diào)節(jié)。對(duì)于電池供電應(yīng)用，通過突發(fā)模式?操作實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間

圖1.LTC3118 的雙通道降壓-升壓型開關(guān)架構(gòu)

基于 LTC3118 的設(shè)計(jì)是 靈活、節(jié)能和 小

通常采用多輸入設(shè)計(jì) 帶外部二極管OR電路。 雖然成本低且簡(jiǎn)單，但這些 電路承受效率損失 有源二極管的正向壓降和反向 阻斷二極管中的漏電流 高溫。理想二極管集成電路 從凌力爾特可用于 提高效率并最大限度地減少泄漏， 但僅限于從 較高的輸入源。最高 V在如果輔助 電源電壓高于初級(jí)電壓 能源更豐富的來源。

LTC3118 提供了在“優(yōu)先”模式下的操作，其中 VOUT 由 VIN1 （如果存在且有效） 供電，而不管 VIN2 上的電壓如何。在“理想二極管”模式下仍可使用二極管或操作，并增加了遲滯以防止輸入相等時(shí)的顫振。與理想二極管 IC 一樣，LTC3118 的全 N 溝道 MOSFET 設(shè)計(jì)消除了正向二極管壓降。為了提高靈活性，每個(gè)輸入源都有一個(gè)獨(dú)立的UVLO閾值，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行編程以設(shè)置輸入的最小工作電壓。額外的引腳可用于為系統(tǒng)提供 VIN 和 VOUT 狀態(tài)，從而改進(jìn)監(jiān)測(cè)和控制。

智能 PowerPath 控制器加上 單個(gè)電感降壓-升壓轉(zhuǎn)換器 集成在 4 毫米× 5 毫米 QFN 中或 28 引腳 TSSOP 封裝。簡(jiǎn)單， 靈活性和電路板面積節(jié)省 解決方案是理想的都無法比擬的 二極管或傳統(tǒng)二極管OR功率 路徑，后跟單獨(dú)的降壓-升壓 直流/直流轉(zhuǎn)換器。LTC3118 工作 在固定的 1.2MHz 頻率下，優(yōu)化 開關(guān)損耗之間的權(quán)衡 和外部組件尺寸。一個(gè)完整的 基于 LTC3118 的系統(tǒng)如 圖 2，并且能夠提供 24mm功率為400W2腳印。

圖2.LTC3118 演示板

2芯鋰離子或壁式適配器 至 12V 輸出，改進(jìn) 切換性能

圖 3 顯示了一個(gè)應(yīng)用，其中 2 節(jié)鋰離子電池放置在 VIN1 上，12V 壁式適配器放置在 VIN2 上。在本例中，選擇理想二極管模式以強(qiáng)制12V適配器工作（如果存在）。如圖所示，任一輸入源均可在寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率。在此應(yīng)用中，電池放置在 VIN1 上，因?yàn)?VIN1 具有較低的 RDS（ON） MOSFET，并且能夠在升壓模式下以低 VIN 支持略高的負(fù)載電流。當(dāng)從電池電壓范圍的低端（6V）工作時(shí)，最大負(fù)載電流限制為800mA。如果需要，可以監(jiān)控電源良好指示器V2GD，以便在存在12V適配器時(shí)允許增加負(fù)載電流。

圖3.（a） LTC3118 原理圖 （b） 效率曲線

通常具有多個(gè)來源的設(shè)計(jì) 涉及“熱插拔”電源， 如墻上適配器，引起噪音 以及輸入端的感應(yīng)振鈴。這些 瞬變可以通過減少 電纜的電感或增加 電容和/或電阻的大小 在輸入端子，但這是 在某些系統(tǒng)中不切實(shí)際。A LTC3118- 基于設(shè)計(jì)能夠更好地管理 這些轉(zhuǎn)換和瞬態(tài)在幾個(gè) 方式。2.5V至18V寬輸入電壓 范圍可耐受電感電纜 正振鈴和負(fù)振鈴 方向。單獨(dú)的 RUN1 和 RUN2 引腳允許設(shè)置自定義 UVLO 電平 對(duì)于每個(gè)輸入，如圖 3 所示。

圖4a顯示了一個(gè)熱插拔事件，其中電感電纜以理想二極管模式插入VIN2。如圖所示，由于長(zhǎng)電纜的電感，12V墻上適配器過沖至17V。圖4b顯示了拔下電纜時(shí)的響應(yīng)。如圖所示，LTC3118 采用 VIN2 工作，直到其 UVLO 接合在大約 9V 電壓，然后從 VIN1 恢復(fù)工作。在這兩種情況下，平均電流環(huán)路都能快速控制必要的電感電流，從而在采用100μF電容時(shí)輸出端的瞬變最小。

圖4.（a） 墻上適配器已插入 （b） 墻上適配器已拔下

USB/系統(tǒng)電源或 3 個(gè)鋰離子電池 處于優(yōu)先模式的單元格 啟用突發(fā)以改進(jìn) 電池壽命

第二個(gè)基于 LTC3118 的應(yīng)用如圖 5 所示。在本例中，3芯鋰離子電池組放置在VIN2上，其中VIN1用于USB輸入。由于在可用時(shí)應(yīng)傾向于采用較低電壓 USB 輸入工作，因此 LTC3118 被設(shè)定為 VIN1 優(yōu)先模式。使用 USB 操作時(shí)，VIN1 和 VOUT 的電壓相似。在升壓模式和降壓模式之間的邊界處，LTC3118 的內(nèi)部 PWM 電路可無縫轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)最小的電感器和輸出電壓抖動(dòng)。

圖5.（a） LTC3118 原理圖 （b） 效率曲線

突發(fā)模式操作提供改進(jìn) 任一來源輕負(fù)載時(shí)的效率， 如圖5b所示。輕載時(shí) 效率顯然對(duì) 電池輸入，USB 輸入可能會(huì)受益 以及如果由另一個(gè)供電 便攜式設(shè)備。LTC3118 的平均值 電流模式控制提供出色的性能 負(fù)載階躍響應(yīng)，即使在突發(fā)模式操作中也是如此。圖 6a 顯示了轉(zhuǎn)換 從100mA負(fù)載其中部分 工作在突發(fā)模式，負(fù)載電流可達(dá) 600mA LTC3118 進(jìn)入 PWM 模式的步驟 快速，最小化V外短暫的。 請(qǐng)注意，USB 3.0 支持高達(dá) 1.5A 的電流 用于充電，但限制為 900mA 在數(shù)據(jù)傳輸過程中，建議使用USB 3.1 標(biāo)準(zhǔn)支持高達(dá) 2A

圖6.（a） 突發(fā)模式操作中的負(fù)載階躍性能。（b） 5Vout 和 12V 的最大負(fù)載電流外

由于 LTC3118 具有一個(gè) 3A （最小值） 的固定電感器電流限值，因此在 （或接近）升壓模式下可支持的最大負(fù)載電流量隨 VIN 而減小，如圖 6b 所示，對(duì)于 5V 和 12V 輸出。在確定輸入源電壓時(shí)，這是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)樗鼈兣c負(fù)載所需的輸出電壓和功率預(yù)算有關(guān)。如果 LTC3118 的 VCC 電源從圖 5a 所示的 5V 輸出反向供電，則可以改善低輸入電壓下的最大負(fù)載電流，如圖 6b 所示。

備份系統(tǒng)

圖 7 顯示了一個(gè)備用電源系統(tǒng)，其中 VIN1 上的主電源由 12V 系統(tǒng)電源軌或鉛酸電池供電。VIN2 上的 10mF 電容器儲(chǔ)能器采用未顯示的單獨(dú)電源充電至 18V。如果優(yōu)先級(jí) VIN1 電源中斷，V1GD 指示器將轉(zhuǎn)換為高電平以提醒系統(tǒng)，并且 LTC3118 從 VIN2 開始運(yùn)作以保持 VOUT 處于穩(wěn)壓狀態(tài)。

圖7.備份系統(tǒng)將系統(tǒng)保持超過一秒鐘以允許數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

備份事件的范圍照片 如圖7所示，其中200mA 支持加載超過一秒 允許受控關(guān)機(jī)。可用 輸入端的能量由下式給出：

在這種情況下，恒定的200mA負(fù)載 從 LTC3118 汲取作為 VIN 電容器在 1.35 秒內(nèi)耗盡。 輸出能量為 1.35 焦耳，導(dǎo)致 平均轉(zhuǎn)換效率為84% 包括超級(jí)電容器損耗。

VCC 從 VOUT 反向供電，允許 VIN2 在事件期間在低至 2.2V 的電壓下工作。在這種情況下，RUN2引腳連接在VIN2和VOUT之間，需要VIN1上的系統(tǒng)電源才能初始啟動(dòng)VOUT，并確保在VIN2在備份事件期間衰減時(shí)干凈關(guān)斷行為，如圖所示。VIN2 上的存儲(chǔ)電容和電壓可以根據(jù)系統(tǒng)要求輕松修改。

總結(jié)

LTC3118 將智能 帶單個(gè)電感器的 PowerPath 控制器 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生 用于多輸入設(shè)計(jì)的緊湊型平臺(tái)。 寬輸入/輸出電壓范圍和 能夠支持 2A 的負(fù)載電流 降壓模式提供穩(wěn)健的解決方案 適用于各種應(yīng)用。 LTC3118 獨(dú)特的開關(guān)架構(gòu) 允許從更高或 將輸入電壓降低至穩(wěn)壓輸出 電壓。IC包含必要的 控制和指示器引腳，以提供 設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)最大的系統(tǒng)靈活性。 平均電流模式控制提供 對(duì)輸出負(fù)載階躍的快速響應(yīng)或 切換期間的輸入線路步長(zhǎng)。跟 凌力爾特最新一代降壓-升壓內(nèi)核 和突發(fā)模式操作，均為低噪聲 并且可以實(shí)現(xiàn)高效率。

審核編輯：郭婷