完整兩節AA電池/USB電源管理器研究

　　當必須提升兩節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轉換將是一項特別具有挑戰性的工作。LTC3456通過BOOST和BUCK2轉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實現了高于90%的效率。內核輸出(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,從而節省了成本和空間。當從電池來生成1.8V輸出時,它實現了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)以確保平穩的系統運作。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,則用戶應能夠繼續聆聽音樂,而不會覺察到任何中斷現象。LTC3456通過實現系統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。主輸出和內核輸出在切換時均呈現出小于?%的總偏差,從而實現了至處理器內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的數據表包含時序圖,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。為在上電時把處理器保持在其復位狀態,該上電復位電路是必需的,而且,在所有的系統電源實現穩定之前,它必須阻止處理器起動操作。LTC3456的內置上電復位電路負責監視VINT(3.3V)和內核(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。當主輸出和內核輸出均進入調節狀態時,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進入調節狀態之后,/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而對微處理器的運作產生不利的影響。它還確保輸出在上電期間以一種可預測的方式上升。

　　圖3 用于說明內部PowerPath的LTC3456簡化方框圖

　　圖4 一種用于GPS導航系統、采用兩節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

　　電壓監視

　　LTC3456具有一個可被用于低電池電量檢測的片內增益部件,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,故適合于驅動一個外部LED。該板載電壓檢測器連續監視USB電壓和交流適配器電壓的狀態(通過WALLFB引腳)。當USB或墻上電源可用并處于調節狀態時,/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(用于數據傳輸)。對電源而言,長電池壽命和小系統尺寸是關鍵要求。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節。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,并被用來向一個實時時鐘供電。

　　結語

　　LTC3456是一款完整的系統電源管理IC,它實現了對一個AC適配器、USB電纜和兩節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轉換器、一個熱插拔控制器和一個低電池電量指示器在內的眾多部件均被集成在一個4mm x 4mm QFN封裝之內。外部元件的數目和總系統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。