完整兩節(jié)AA電池/USB電源管理器研究

　　當必須提升兩節(jié)AA電池電壓(1.8V至3.2V)以生成3.3V輸出、以及必須對USB/墻上電源(4V至5.5V)進行降壓操作以生成相同電壓時,DC-DC轉(zhuǎn)換將是一項特別具有挑戰(zhàn)性的工作。LTC3456通過BOOST和BUCK2轉(zhuǎn)換器完成了這項任務。這是生成3.3V電源軌最為有效的方式。當從電池或USB/交流適配器來生成3.3V輸出時,LTC3456實現(xiàn)了高于90%的效率。內(nèi)核輸出(1.8V)是通過BUCK1(由USB/墻上電源來供電)和BUCK3(由電池來供電)轉(zhuǎn)換器來生成的。LTC3456的獨特拓撲結構可利用單個電感器來生成1.8V電源軌,從而節(jié)省了成本和空間。當從電池來生成1.8V輸出時,它實現(xiàn)了92%以上的效率。表1列出了LTC3456不同的工作模式。

　　便攜式設備需要實現(xiàn)從電池電源至USB或墻上電源的無縫切換(反之亦然)以確保平穩(wěn)的系統(tǒng)運作。例如,一位用戶正在一個連接了USB電纜的便攜式MP3播放機上播放音樂。如果USB電纜被猛然從設備上拉脫,則用戶應能夠繼續(xù)聆聽音樂,而不會覺察到任何中斷現(xiàn)象。LTC3456通過實現(xiàn)系統(tǒng)電源的無縫切換而使這種愿望成為可能。當SUSPEND引腳被從低電平拉至高電平時,USB電源不可用。主輸出和內(nèi)核輸出在切換時均呈現(xiàn)出小于?%的總偏差,從而實現(xiàn)了至處理器內(nèi)核和外圍電路的無縫切換。

　　與微處理器的簡易連接

　　LTC3456簡化了與微處理器的連接。PWRON、PWRKEY、PBSTAT和/RESET引腳向處理器提供了全部所需的系統(tǒng)信息,并簡化了電源排序。PWRON、PWRKEY和PBSTAT鍵控使IC的有序上電和停機任務得以簡化。LTC3456的數(shù)據(jù)表包含時序圖,并提供了與其操作有關的詳細信息。

　　LTC3456還具有上電復位電路(通過 /RESET引腳來使用),該電路在上電和停機期間處于運行狀態(tài)。為在上電時把處理器保持在其復位狀態(tài),該上電復位電路是必需的,而且,在所有的系統(tǒng)電源實現(xiàn)穩(wěn)定之前,它必須阻止處理器起動操作。LTC3456的內(nèi)置上電復位電路負責監(jiān)視VINT(3.3V)和內(nèi)核(0.8V)電壓,并通過 /RESET引腳與處理器相連。在初始上電期間,/RESET引腳被保持于低電平。當主輸出和內(nèi)核輸出均進入調(diào)節(jié)狀態(tài)時,一個復位延遲定時器將起動。在 /RESET被釋放和處理器被允許退出復位狀態(tài)并開始操作之前,提供了一個完整的262ms超時。這262ms超時延遲為處理器對內(nèi)部寄存器/RAM進行初始化提供了充足的時間。在斷電期間,/RESET 引腳被再次拉至低電平。這將防止微處理器進入任何隨機操作模式。

　　當采用電池或外部電源來供電時,/RESET電路的工作情況相似。在VCORE進入調(diào)節(jié)狀態(tài)之后,/RESET引腳將在一個262ms的延遲時間里保持低電平。當IC關斷時,VMAIN和VCORE輸出均與輸入電源斷接,并被放電至地。這將防止輸出被固定于一個不確定的邏輯電平狀態(tài)而對微處理器的運作產(chǎn)生不利的影響。它還確保輸出在上電期間以一種可預測的方式上升。

　　圖3 用于說明內(nèi)部PowerPath的LTC3456簡化方框圖

　　圖4 一種用于GPS導航系統(tǒng)、采用兩節(jié)AA電池來供電的完整電源。注意,獨立增益部件(AIN和AO引腳)被配置為一個LDO控制器,以生成一個2.8V輔助輸出

　　電壓監(jiān)視

　　LTC3456具有一個可被用于低電池電量檢測的片內(nèi)增益部件,低電池電量跳變點由布設在AIN引腳上的兩個電阻器(圖2)來設定。AIN引腳的標稱電壓為0.8V。AO引腳是一個漏極開路邏輯輸出,用于在AIN引腳電壓降至0.8V以下時吸收電流。也可通過增益部件的配置來驅(qū)動一個外部PNP或PMOS晶體管,以生成一個輔助電壓。

　　此外,LTC3456還具有板載電壓比較器電路,以利用 /EXT_PWR引腳上的一個狀態(tài)輸出來檢測USB或墻上電源的接入。/EXT_PWR引腳的漏極開路邏輯輸出能夠吸收高達5mA的電流,故適合于驅(qū)動一個外部LED。該板載電壓檢測器連續(xù)監(jiān)視USB電壓和交流適配器電壓的狀態(tài)(通過WALLFB引腳)。當USB或墻上電源可用并處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時,/EXT_PWR引腳被拉至低電平。

　　便攜式GPS導航裝置電源

　　當今的便攜式GPS導航裝置采用兩節(jié)AA電池或一個交流適配器作為工作電源,并備有一根USB總線(用于數(shù)據(jù)傳輸)。對電源而言,長電池壽命和小系統(tǒng)尺寸是關鍵要求。GPS導航裝置中所使用的微處理器通常需要至少兩種不同的電壓源：一般是3.3V(用于I/O電路)和1.5V或1.8V(用于處理器內(nèi)核)。這種導航裝置可能還需要一個2.8V的輔助電源電壓,用于給LCD顯示控制器IC施加偏壓。

　　圖4示出了一種用于便攜式GPS導航裝置的完整、緊湊而高效的電源。VMAIN(固定3.3V)負責向I/O電路供電。用于處理器內(nèi)核的電源VCORE被設定為1.8V,并可通過改變反饋電阻器阻值比來調(diào)節(jié)。3.3V熱插拔輸出負責向閃存卡供電。LTC3456包含一個獨立增益部件(AIN和AO引腳),可被用作一個低電池電量指示器或一個LDO控制器。圖4中的電路示出了被用作一個LDO的增益部件,并由一個外部PNP來從主輸出生成一個2.8V的輔助輸出電壓。該2.8V輔助電源被用于給一個LCD控制器IC供電。LTC3456的VMAX輸出即使在停機期間仍然處于工作狀態(tài),并被用來向一個實時時鐘供電。

　　結語

　　LTC3456是一款完整的系統(tǒng)電源管理IC,它實現(xiàn)了對一個AC適配器、USB電纜和兩節(jié)AA電池電源之間的功率通量的無縫管理。包括一個集成化USB電源管理器、高效DC-DC轉(zhuǎn)換器、一個熱插拔控制器和一個低電池電量指示器在內(nèi)的眾多部件均被集成在一個4mm x 4mm QFN封裝之內(nèi)。外部元件的數(shù)目和總系統(tǒng)成本得到了最大限度地削減。簡單性、設計靈活性、高集成度和小外形尺寸使得LTC3456成為許多便攜式USB設備供電方案的理想選擇。