便攜式手持式電子工具、小工具和玩具正在接近瑞士軍刀的多功能等價(jià)物。以前獨(dú)立的功能現(xiàn)在已小型化并組合成單個(gè)口袋大小的封裝。除非由青少年或好萊塢經(jīng)紀(jì)人擁有，否則大多數(shù)小工具大部分時(shí)間都處于低功耗狀態(tài)，等待栩栩如生地打電話、脈沖照片閃光燈或?qū)⒁魳泛?a href="http://www.xsypw.cn/v/" target="_blank">視頻旋轉(zhuǎn)到一個(gè)小硬盤驅(qū)動(dòng)器上。這些器件由各種電源供電，這意味著在某些時(shí)候輸入電壓高于或低于為內(nèi)部電子設(shè)備供電所需的 3.3V 或 3.6V 電壓。最新便攜式器件中的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器必須能夠升壓和降壓，在空閑和待機(jī)模式下保持非常高的效率，并在峰值功率需求期間快速高效地響應(yīng)。

凌力爾特提供一系列降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，能夠以出色的效率提供 200mA 至 2A 的電流。該產(chǎn)品陣容的最新成員是 LTC3532，這是一款 300mA 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器，其集成了自動(dòng)突發(fā)模式操作、可調(diào)開關(guān)頻率和集成軟起動(dòng)功能。LTC3532 非常適合微型磁盤驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用或任何要求在寬輸出電流和輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率的應(yīng)用。

特征

基于 LTC3532 的轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍為 2.4V 至 5.5V，其輸出范圍可在 2.4V 至 5.25V 范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，因而非常適合采用多個(gè)電源（如電池、USB 和墻上適配器）工作的器件。LTC3532 采用 MS10 封裝（其引腳與 LTC3440 轉(zhuǎn)換器兼容）或裸露焊盤 3mm × 3mm DFN 封裝。利用這些微型封裝，整個(gè)轉(zhuǎn)換器可以壓縮到最小的空間，如圖1所示。

圖1.鋰離子電池至2.5V-5.25V轉(zhuǎn)換器，1.4cm內(nèi)2.

該轉(zhuǎn)換器采用固定頻率四開關(guān)架構(gòu)和專利控制方法，只需一個(gè)電感即可調(diào)節(jié)輸入電壓大于或小于輸出的恒定輸出電壓。LTC3532 的四個(gè)開關(guān)拓?fù)?（參見圖 2 中的輸出級(jí)原理圖） 允許穩(wěn)壓器根據(jù)誤差放大器輸出電壓 V 正確定相四個(gè)輸出開關(guān) （A、B、C 和 D） 從降壓模式平穩(wěn)過(guò)渡到降壓-升壓模式和升壓模式C.在降壓模式下，開關(guān)D導(dǎo)通，而開關(guān)A和B的作用類似于降壓轉(zhuǎn)換器。在另一個(gè)極端，升壓模式，開關(guān)A始終導(dǎo)通，而開關(guān)C和D實(shí)現(xiàn)同步升壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng) V在和 V外接近相同的電壓，所有四個(gè)開關(guān)都換向，每對(duì)的導(dǎo)通時(shí)間由V處的電壓控制C.四開關(guān)架構(gòu)固有地提供輸出斷開，從而防止電流在 V 之間流動(dòng)在和 V外處于關(guān)機(jī)模式。

圖2.LTC?3532 四開關(guān)降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器采用單個(gè)電感器，并具有峰值電流箝位和自動(dòng)突發(fā)模式控制功能。

在突發(fā)模式操作期間，LTC3532 也利用了四個(gè)開關(guān)架構(gòu)的功能。創(chuàng)新的（正在申請(qǐng)專利）突發(fā)模式控制電路根據(jù)降壓模式、升壓模式還是降壓-升壓模式優(yōu)化了四個(gè)開關(guān)的觸發(fā)。最佳開關(guān)控制和 35μA 的低突發(fā)模式靜態(tài)電流意味著該轉(zhuǎn)換器可在低至 80μA 的負(fù)載下，在突發(fā)模式操作中將效率保持在 300% 以上，從而延長(zhǎng)系統(tǒng)的電池壽命。 在 0.1mA 至 500mA 負(fù)載電流范圍內(nèi)測(cè)得的效率如圖 3 所示。連接到突發(fā)引腳的電阻器和濾波電容設(shè)置負(fù)載電流水平，在該電平下，轉(zhuǎn)換器自動(dòng)在連續(xù)和突發(fā)模式操作之間切換。

圖3.使用自動(dòng)突發(fā)模式控制，可在很寬的負(fù)載電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率。

峰值電感電流有兩種限制方式。第一種方法監(jiān)視開關(guān)A中的電流，并在峰值電流超過(guò)1.1A時(shí)將該電流的一小部分源入FB引腳。這有效地降低了V外設(shè)定點(diǎn)提供控制峰值電流的閉環(huán)方法。在較高的負(fù)載和瞬態(tài)情況下，比較器打開開關(guān)A和B，從而提供1.3A的硬峰值電流限制。圖4顯示了電感電流和V外響應(yīng)不斷增加的負(fù)載。當(dāng)電感電流達(dá)到電流限制時(shí)，V外下降，控制回路保持連續(xù)運(yùn)行。當(dāng) V外在啟動(dòng)或從短路中恢復(fù)時(shí)處于低電平，電流限制箝位電平降低一半，提供折返功能。

圖4.當(dāng)達(dá)到峰值電感電流時(shí)，軟箝位峰值電流控制使轉(zhuǎn)換器保持連續(xù)控制模式。

開關(guān)頻率可利用一個(gè)外部電阻器編程為介于 300kHz 和 2MHz 之間的頻率，從而允許在元件尺寸和效率之間進(jìn)行權(quán)衡。軟啟動(dòng)通過(guò)控制 SHDN/SS 引腳上的壓擺來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦轉(zhuǎn)換器使能，當(dāng)SHDN/SS引腳達(dá)到1V時(shí)，內(nèi)部控制電壓被箝位，直到引腳上升到2V。

鋰離子至3.3V轉(zhuǎn)換器，非常適合微型硬盤驅(qū)動(dòng)器

待機(jī)狀態(tài)下的微型 1“ 或更小磁盤驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)消耗 40mA 電流。在空閑或磁道尋道模式下，驅(qū)動(dòng)器電流增加到150mA，當(dāng)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)時(shí)，負(fù)載峰值可能達(dá)到200mA至300mA。即使在這些轉(zhuǎn)換期間，電源也應(yīng)得到良好的調(diào)節(jié)，在整個(gè)系統(tǒng)電池的放電周期中紋波非常低。與 3.3V 系統(tǒng)中的降壓型穩(wěn)壓器相比，LTC3532 等降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器即使在電池降至 3.3V 以下也能保持穩(wěn)壓，從而允許使用電池中的所有能量。轉(zhuǎn)換器在負(fù)載轉(zhuǎn)換期間保持精確的調(diào)節(jié)，當(dāng)電池ESR可能導(dǎo)致輸入電壓降至V以下時(shí)外.鋰離子電池至3.3V應(yīng)用采用纖巧型多層片式電感，如圖5所示。該轉(zhuǎn)換器能夠在電池電壓低至400.3V的情況下實(shí)現(xiàn)高達(dá)0mA的負(fù)載階躍，在連續(xù)模式下提供高于90%的效率，負(fù)載在30mA至200mA之間，如圖6所示。在低于 80mA 的負(fù)載下，低功耗突發(fā)模式效率大于 1%。該電路使用連接到SHDN/SS的軟啟動(dòng)電容器來(lái)限制浪涌電流。對(duì)負(fù)載階躍的瞬態(tài)響應(yīng)如圖7所示。當(dāng)負(fù)載從10mA增加到50mA時(shí)，從突發(fā)模式過(guò)渡到連續(xù)工作。從 150mA 到 300mA 的步進(jìn)和反向顯示 V外瞬變的峰值幅度僅為20mV。

圖5.使用微型多層電感器的高效轉(zhuǎn)換器，是微型 HDD 應(yīng)用的理想選擇。

圖6.對(duì)于典型 85 英寸硬盤驅(qū)動(dòng)器的所有節(jié)能模式，效率超過(guò) 1%。

圖7.V外對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)換的響應(yīng)得到很好的控制。

BURST 引腳上的 RC 網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)突發(fā)模式操作，從而在輕負(fù)載下保持高效率，無(wú)需外部控制。突發(fā)操作由突發(fā)引腳上的電壓控制。在工作期間，通過(guò)開關(guān)D的一小部分輸出電流從BURST引腳鏡像出來(lái)。鏡像電流在突發(fā)引腳電阻兩端產(chǎn)生與平均負(fù)載電流成比例的電壓。圖7顯示了突發(fā)引腳以與負(fù)載電流成比例的電壓響應(yīng)。當(dāng)負(fù)載增加并迫使突發(fā)引腳電壓高于1.12V時(shí)，轉(zhuǎn)換器切換到連續(xù)模式。當(dāng)負(fù)載降低且突發(fā)引腳上的電壓降至 0.88V 以下時(shí)，轉(zhuǎn)換器切換回突發(fā)模式操作。提高BURST引腳上的電阻值會(huì)降低進(jìn)入突發(fā)模式時(shí)的電流。圖8顯示了突發(fā)引腳電阻與輸出電流值之間的關(guān)系，在輸出電流值下，連續(xù)和突發(fā)操作之間的轉(zhuǎn)換發(fā)生。如果需要，可以通過(guò)將BURST引腳驅(qū)動(dòng)到閾值以上或以下來(lái)強(qiáng)制工作模式。

圖8.轉(zhuǎn)換器從突發(fā)模式轉(zhuǎn)換到連續(xù)模式的負(fù)載可通過(guò)單個(gè)電阻器進(jìn)行編程。

控制 USB 應(yīng)用的輸入電流

現(xiàn)在，許多設(shè)備都從USB端口供電和充電，這些端口的最大電流消耗限制為500mA。通常提供500mA電流的轉(zhuǎn)換器名義上不會(huì)超過(guò)USB電流限制。然而，主機(jī)穩(wěn)壓器、USB 總線供電集線器和電纜壓降的容差導(dǎo)致 USB 電壓調(diào)節(jié)相當(dāng)差，在瞬態(tài)期間可能在 5.25V 到 4.35V 或更低之間變化。例如，如果一個(gè)5V至3.6V轉(zhuǎn)換器電路響應(yīng)500mA的峰值負(fù)載，而USB電壓降至4.35V，則在80%的效率下，輸入電流超過(guò)500mA。

圖9所示為輸入電流監(jiān)視器，用于控制V外將輸入電流箝位至 500mA。注入FB節(jié)點(diǎn)的電流會(huì)改變電壓模式控制環(huán)路中輸出電壓的有效設(shè)定點(diǎn)。事實(shí)上，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓可以通過(guò)在FB節(jié)點(diǎn)上拉出或吸收電流來(lái)動(dòng)態(tài)編程。參考圖9，輸入電流箝位電平的公式為：

圖9.一些組件可用于限制USB和其他應(yīng)用的輸入電流。

圖 10 顯示 V外當(dāng)輸入電流達(dá)到500mA時(shí)，隨著負(fù)載的增加而下降。在輸入電壓標(biāo)稱值為5V的USB應(yīng)用中，肖特基二極管用于限制SW1引腳上的峰值電壓。

圖 10.隨著負(fù)載的增加，輸入電流被箝位至500mA，采用圖9所示電路。

結(jié)論

凌力爾特的 LTC3532 同步降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)化了鋰離子或多節(jié)電池供電手持式電子設(shè)備的設(shè)計(jì)。該轉(zhuǎn)換器具有高效的自動(dòng)突發(fā)模式操作，可最大限度地延長(zhǎng)負(fù)載要求變化很大的便攜式設(shè)備的電池壽命。軟起動(dòng)、可編程開關(guān)頻率和外部補(bǔ)償使得 LTC3532 適合于多種應(yīng)用。MS10 引線封裝和 3mm × 3mm DFN 兩種封裝選項(xiàng)，加上在高頻下高效工作的能力，使設(shè)計(jì)人員能夠最大限度地減少電路板面積和元件高度。

審核編輯：郭婷