當今便攜式設(shè)備最常見的電源問題之一是產(chǎn)生一個調(diào)節(jié)電壓，該電壓落在電池全電壓范圍的中間位置。例如，從鋰離子（Li-Ion）電池的3.3V至2.5V范圍提供一致的4.2V輸出。解決此問題的最常用拓撲是SEPIC轉(zhuǎn)換器，但SEPIC有一些固有的缺點，包括效率平庸，以及同時需要耦合電感和高電流反激式電容器。另一種解決方案是將升壓轉(zhuǎn)換器與LDO或降壓轉(zhuǎn)換器級聯(lián)的電路，但這種相對低效的電路在額外元件上花費的額外空間和資金方面并沒有好到哪里去。凌力爾特現(xiàn)在通過LTC3440 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器提供了另一種更好的解決方案，該轉(zhuǎn)換器提供了迄今為止最緊湊、效率最高的解決方案 — 降低成本、延長電池壽命并節(jié)省寶貴的印刷電路板空間。

LTC?3440 是業(yè)界首款恒定頻率、單電感、降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器。該 IC 采用正在申請專利的控制技術(shù)，只需一個電感即可有效地調(diào)節(jié)高于、低于或等于輸入源電壓的輸出電壓，而無需肖特基二極管。圖 1 顯示了上述拓撲的功率級 — SEPIC、級聯(lián)升壓-降壓和級聯(lián)升壓 LDO — 以及使用 LTC3440 的單電感器拓撲。

圖1.用于鋰離子至3.3V轉(zhuǎn)換的各種功率級拓撲

圖2顯示了每種拓撲的效率與輸入電壓的關(guān)系。LTC3440 解決方案是該組中唯一一款能夠達到 95% 效率的解決方案，并且在電池的整個工作電壓范圍內(nèi)保持優(yōu)于 90% 的效率。

圖2.圖1中拓撲的效率與輸入電壓的關(guān)系

特征

LTC3440 的輸入和輸出電壓范圍均為 2.5V 至 5.5V。高頻、低噪聲和高效率運行部分歸功于低R。DS（ON）（0.19Ω NMOS，0.22Ω PMOS），低柵極電荷同步開關(guān)和最短的先開后合時間。LTC3440 采用耐熱性能增強型 MS10 封裝，這使得其非常適合需要低于 <> W 輸出功率的便攜式電源應(yīng)用。

為了提高輕負載條件下的效率，LTC3440 提供了突發(fā)模式操作，其僅吸收 25μA 的靜態(tài)電流，從而進一步延長了電池壽命。要啟用突發(fā)模式操作，只需將 MODE/SYNC 引腳驅(qū)動為高電平。或者，對于噪聲敏感型應(yīng)用，將 MODE/SYNC 驅(qū)動為低電平以實現(xiàn)固定頻率開關(guān)。通過改變RT引腳和地之間的電阻值，工作頻率可在300kHz至2MHz范圍內(nèi)進行編程。無需外部時鐘，但用戶可以通過將外部時鐘連接到MODE/SYNC引腳來同步工作頻率。也可以通過將 SHDN/SS 引腳拉低來命令該器件關(guān)斷。在停機模式中，該器件吸收的靜態(tài)電流小于1μA，并將輸出與輸入電源斷開。為了限制啟動時的浪涌電流，將外部RC網(wǎng)絡(luò)連接到SHDN/SS引腳以軟啟動輸出電壓。?

LTC3440 架構(gòu)

LTC3440 中采用的拓撲結(jié)構(gòu) （參見圖 3 所示的部分原理圖） 允許穩(wěn)壓器從降壓模式平穩(wěn)地過渡到降壓-升壓模式，然后通過正確相位化四個輸出開關(guān) （SW A、SW B、SW C 和 SW D） 來響應(yīng)誤差放大器輸出電壓 （VC 引腳）。由于誤差放大器輸出電壓是濾波信號，占空比/模式控制對開關(guān)噪聲不敏感。

圖3.LTC3440 輸出級的詳細原理圖

圖4顯示了每個開關(guān)的導(dǎo)通時間與VC電壓的函數(shù)關(guān)系。在降壓模式下，開關(guān) A 和 B 在 D 導(dǎo)通和 C 關(guān)斷時同步切換。在另一個極端，當穩(wěn)壓器處于升壓模式時，開關(guān)C和D同步切換，而A導(dǎo)通，B關(guān)斷。在降壓-升壓模式下，輸入電壓接近輸出電壓，所有四個開關(guān)均換向。

圖4.輸出開關(guān)的導(dǎo)通時間與誤差放大器控制電壓 VC

2 瓦、鋰離子至 3.3V 轉(zhuǎn)換器

圖5所示為全陶瓷電容，鋰離子至3.3V/600mA應(yīng)用，工作頻率為1MHz。圖6顯示了鋰離子電池范圍內(nèi)的效率曲線。在負載需求降低期間，可以命令轉(zhuǎn)換器進入節(jié)能突發(fā)模式操作。在輕負載下啟用突發(fā)模式操作后，該設(shè)計可在超過二十倍的負載電流下產(chǎn)生超過 80% 的效率。在 200μA 負載電流下，效率保持在 70% 以上，這主要是由于靜態(tài)電流低至 25μA。為了提供浪涌電流限制，請在 SHDN/SS 和 V 之間添加一個電阻器在以及 SHDN/SS 和 GND 之間的電容器，以限制啟動時的誤差放大器輸出電壓上升時間。

圖5.簡單的鋰離子至3.3V轉(zhuǎn)換器，功率為<>瓦

圖6.圖5所示電路的效率

3節(jié)電池至3.3V轉(zhuǎn)換器，電流為600mA

LTC3440 的架構(gòu)使其不僅適用于鋰離子電池應(yīng)用。LTC3440 非常適合輸入電壓通常在 3.2V 至 7.4V 范圍內(nèi)變化的 5 節(jié)電池應(yīng)用。圖7所示為3節(jié)電池至3.3V應(yīng)用，其效率曲線如圖8所示。開關(guān)頻率設(shè)置為1.5MHz，因此可以使用較小的電感器，從而實現(xiàn)更快的瞬態(tài)響應(yīng)。由于頻率較高，增加了肖特基二極管以獲得最大效率（2.1MHz時典型值為5%）。III型誤差放大器補償（兩極，兩個零）用于最大化帶寬，優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。該應(yīng)用還利用軟啟動功能進行浪涌電流控制。

圖7.3節(jié)電池至3.3V/600mA，可選肖特基二極管

圖8.圖7所示電路的效率

具有真輸出斷接功能的鋰離子至5V轉(zhuǎn)換器

在鋰離子至5V應(yīng)用中，通常采用升壓轉(zhuǎn)換器，但通常必須添加額外的斷路開關(guān)。LTC3440 具有真正的輸出斷接內(nèi)置功能，這使其成為一款更緊湊的解決方案，適用于僅升壓型應(yīng)用。圖9所示為鋰離子至5V轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器還利用了浪涌電流限制功能。

圖9.LTC?3440 是一款極具吸引力的解決方案，適用于具有輸出斷接功能的升壓型轉(zhuǎn)換器。

結(jié)論

凌力爾特的 LTC3440 同步降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器簡化了鋰離子或多節(jié)電池供電手持電子設(shè)備的設(shè)計。它可以幫助設(shè)計人員延長操作時間，節(jié)省關(guān)鍵的電路板空間并滿足元件高度要求。LTC3440 的高頻操作允許使用所有陶瓷電容器，而新穎的拓撲結(jié)構(gòu)可容納單個小型表面貼裝型電感器。對工作頻率、輸出電壓、軟啟動、環(huán)路補償和突發(fā)模式操作進行編程的能力使設(shè)計人員能夠針對各種便攜式應(yīng)用優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換。低 RDS（ON）（0.19Ω NMOS，0.22Ω PMOS）同步開關(guān)可優(yōu)化所有應(yīng)用的效率。

審核編輯：郭婷