完整兩節(jié)AA電池/USB電源管理器研究

　　對于消費(fèi)類手持式設(shè)備而言,歷史悠久的兩節(jié)AA(堿性或鎳氫電池)電源便是其最常用的電池解決方案,尤其是在GPS導(dǎo)航裝置、數(shù)碼相機(jī)和MP3播放機(jī)中。AA電池購買方便、成本較低、而且具有高功率密度。在這些便攜式設(shè)備中,有許多都采用了插入式交流適配器,并提供了一根USB總線(用于數(shù)據(jù)傳輸)作為電池電源的補(bǔ)充。USB總線還可被用來供電。問題是如何在這三種截然不同的電源(兩節(jié)AA電池、交流適配器和USB)之間實(shí)現(xiàn)無縫切換。LTC3456便是一款適合的解決方案。

　　LTC3456是一款完整的系統(tǒng)電源IC,可實(shí)現(xiàn)AC交流適配器、USB和兩節(jié)AA電池之間功率通量的無縫管理,并符合USB電源標(biāo)準(zhǔn),所有這些功能均集成在一個4mm x 4mm QFN封裝之內(nèi)(圖1)。該器件生成了兩個單獨(dú)的電源軌：一個3.3V(固定)主電源和一個1.8V(可調(diào))內(nèi)核電源。此外,LTC3456還包含一個全功能USB電源管理器、一個用于給存儲插件供電的熱插拔(Hot Swap)輸出和一個適合用作低電池電量比較器或LDO控制器的獨(dú)立增益部件。該器件還生成了一個始終處于運(yùn)行狀態(tài)的VMAX輸出,該輸出適合于為諸如實(shí)時時鐘等即使在停機(jī)期間也必需處于工作狀態(tài)的關(guān)鍵部件輸送功率。

　　圖1 LTC3456是一款采用微型4mm x 4mm封裝的完整系統(tǒng)電源管理IC

　　圖2 基于LTC3456的完整電源解決方案,包括一個1.8V輸出(用于處理器內(nèi)核)、一個3.3V輸出(用于I/O)、一個3.3V熱插拔電源(用于存儲插件)和一個VMAX輸出(用于RTC)

　　LTC3456

　　LTC3456包含四個工作效率高達(dá)92%的高效1MHz固定頻率開關(guān)穩(wěn)壓器。圖2示出了LTC3456的一種典型應(yīng)用。便攜式應(yīng)用中所使用的大多數(shù)處理器都需要雙電源電壓。這些電壓可以是3.3V(用于I/O電路)和1.5V或1.8V(用于處理器內(nèi)核)。此外,處理器還有可能要求電源以一種特定的順序啟動,以防止發(fā)生處理器閉鎖或錯誤起動。通常,內(nèi)核電源必須在I/O電源之前上升。

　　LTC3456具有用于內(nèi)核和主輸出的內(nèi)置電源排序功能。上電時,VINT輸出(一個固定的3.3V電源)率先執(zhí)行上電操作。它負(fù)責(zé)向大部分內(nèi)部電路供電。應(yīng)對該輸出端上的外部負(fù)載大小加以限制?？烧{(diào)范圍為0.8V至1.8V的內(nèi)核輸出隨后上升,接著是VMAIN輸出。VMAIN輸出(一個固定的3.3V電源)在內(nèi)核輸出進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)之后延遲0.8ms(典型值)上電。VMAIN輸出由VINT輸出通過一個內(nèi)部0.4Ω(典型值)PMOS開關(guān)而產(chǎn)生,并可被用來向I/O電路供電。0.8ms延遲為處理器在外圍電路上電之前完成系統(tǒng)時鐘的穩(wěn)定和內(nèi)部寄存器的裝載提供了充足的時間。

　　LTC3456產(chǎn)生了一個可調(diào)范圍為0.8V至1.8V的內(nèi)核輸出,該輸出適于為新型低電壓處理器(ARM等)供電。LTC3456控制電路允許內(nèi)核輸出的工作占空比達(dá)到100%。當(dāng)內(nèi)核輸出由電池來供電時,它提供了低壓降操作,從而延長了電池的使用壽命。當(dāng)由電池供電時,主轉(zhuǎn)換器和內(nèi)核轉(zhuǎn)換器均提供了突發(fā)模式操作(可利用MODE引腳來選擇),因而在輕負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)了高效率。在采用電池供電的情況下,內(nèi)核轉(zhuǎn)換器具有超過92%的效率。當(dāng)由USB/墻上電源來供電時,突發(fā)模式操作被停用。當(dāng)由USB來供電時,主轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了高達(dá)90%的效率。

　　LTC3456具有一個適于為閃存卡供電的內(nèi)置熱插拔輸出。該熱插拔輸出具有短路和反向電壓隔離功能。它允許在系統(tǒng)上進(jìn)行存儲插件的帶電插拔。它具有一個適合向閃存卡供電的120mA(典型值)內(nèi)置電流限值。

　　LTC3456提供了針對主輸出和內(nèi)核輸出的短路保護(hù)功能。它還為所有的輸出(VMAX輸出除外)提供了輸出斷接功能。在停機(jī)模式中,內(nèi)核輸出、主輸出和熱插拔輸出均被放電至地。在VBATT、VINT、VEXT和USB電壓中,VMAX輸出是最高的。該輸出可被用來提供1mA的最大輸出電流。即使在IC處于停機(jī)模式的情況下,VMAX輸出也將保持運(yùn)行狀態(tài),因而適于向?qū)崟r時鐘等關(guān)鍵系統(tǒng)部件供電。

　　表1 LTC3456 PowerPath工作模式和特點(diǎn)概要

　　PowerPath控制

　　LTC3456包含一個專有的PowerPath控制電路,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源之間的無縫切換(從兩節(jié)AA電池至USB/墻上電源,反之亦然)。圖3示出了內(nèi)部電源通路的簡化方框圖。AC適配器和USB總線通過VEXT引腳向開關(guān)穩(wěn)壓器供電。LTC3456包含一個全功能USB電源管理器,以利用USBHP和SUSPEND引腳的狀態(tài)來控制來自USB引腳的功率通量。流經(jīng)USB引腳的電流被精確地限制為100mA或500mA(視USBHP引腳的狀態(tài)而定)。通過把SUSPEND引腳拉至高電平可停用所有的USB功能。