耗電的手持設備和工業(yè)儀器通常需要多節(jié)電池或高容量電池來支持其不斷增長的處理需求。寬電壓范圍、高效率降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是延長電池運行時間和處理多個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。擴展的電壓范圍允許從各種電源（如一個、兩個或三個鋰離子電池、鉛酸電池、超級電容器、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有效地消除了抖動。電流限制、過壓保護、熱關(guān)斷和短路保護等保護措施可在惡劣環(huán)境中提供穩(wěn)健的操作。

對于元件尺寸或轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要的苛刻應用，LTC3112 的 750kHz 默認開關(guān)頻率可在 300kHz 和 1.5MHz 之間同步。對于需要控制或測量輸出電流的設計，可以使用輸出電流監(jiān)視器引腳。可選擇的突發(fā)模式操作可延長電池供電設備空閑時的使用壽命。

圖 1 所示的基于 LTC3112 的轉(zhuǎn)換器能夠以一個 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雜雙電感SEPIC設計無法比擬的。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。

從多個輸入源操作

LTC3112 的寬工作范圍允許器件由多個輸入電源供電。圖 2 示出了 LTC4412 PowerPath 控制器 （TSOT-23 封裝） 在兩個輸入電源之間提供低損耗選擇的應用。LTC4412 在所選的 P 溝道 MOSFET 兩端維持一個 20mV 正向電壓，從而將損耗降至最低。在此電路中，LTC4412 自動將單節(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為 LTC3112 轉(zhuǎn)換器供電。

基于兩個輸入源的效率曲線如圖3所示。任一輸入均可實現(xiàn)大于 90% 的峰值效率。可選突發(fā)模式操作（虛線）具有 50μA 的典型睡眠電流，擴展了高效率操作，可承受超過 20 倍的負載電流。

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

前饋網(wǎng)絡 （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提供改進的瞬態(tài)響應。通過首先測量COMP處電壓變化（V）來選擇前饋值在從 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算：

V外在 15μs 轉(zhuǎn)換期間，采用 47μF 輸出電容 （圖 4） 和 500mA 負載時，調(diào)節(jié)率保持在 300mV 或 6% 以內(nèi)。一個下降的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補償元件的3.6V輸入、5V輸出負載階躍響應如圖5所示。在這種情況下，250mA至1A負載階躍僅產(chǎn)生250mV的瞬態(tài)電壓。外采用一個 47μF 輸出電容器。圖 4 和圖 5 說明了如何配置 LTC3112 的環(huán)路響應，以提供對輸入電壓和輸出電流負載階躍的出色響應。

圖5.250mA至1A負載階躍和產(chǎn)生的V外短暫的。

5V 備用電源

為了保護數(shù)據(jù)，某些數(shù)據(jù)系統(tǒng)在主電源發(fā)生故障時需要很短的時間備份數(shù)據(jù)。一組超級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行低至 V在= 2.2V。

在該電路中，一堆總功率為22mF的超級電容器在主電源處于活動狀態(tài)時充電至15V。并聯(lián)放置一個較低的 ESR 電解或陶瓷電容，以最小化 Vcc在脈動在本例中，電源引腳由 5V 輸出反向驅(qū)動，因而允許 LTC3112 的柵極驅(qū)動電路在采用一個低至 15V 至 2.2V 的輸入電壓時高效運作。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。來自 V 的電阻網(wǎng)絡在， V外GND 用于驅(qū)動 RUN 引腳，以提供 V 的干凈關(guān)斷外.在本例中，從LTC3112汲取一個恒定的250mA負載，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%，包括超級電容器損耗。

圖7.電源備用事件期間的超級電容放電性能。

前面的示例可以根據(jù)超級電容器的額定電壓和備用所需的能量輕松擴展。我外引腳（圖6）可由ADC監(jiān)控，以測量備份事件期間的負載電流。設計中的一個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.當轉(zhuǎn)換器從降壓模式轉(zhuǎn)換到升壓模式時，最大負載電流相應下降。

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

總結(jié)

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

審核編輯：郭婷