LTC3112延長電池運行時間和處理多個輸入源的理想解決方案

耗電的手持設(shè)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(kuò)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(hù)、熱關(guān)斷和短路保護(hù)等保護(hù)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(yīng)用，LTC3112 的 750kHz 默認(rèn)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(shè)計，可以使用輸出電流監(jiān)視器引腳?？蛇x擇的突發(fā)模式操作可延長電池供電設(shè)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(fù)雜雙電感SEPIC設(shè)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(yīng)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(kuò)展了高效率操作，可承受超過 20 倍的負(fù)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(luò) （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(jìn)的瞬態(tài)響應(yīng)。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(fù)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(fù)載階躍響應(yīng)如圖5所示。在這種情況下，250mA至1A負(fù)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(yīng)，以提供對輸入電壓和輸出電流負(fù)載階躍的出色響應(yīng)。

圖5.250mA至1A負(fù)載階躍和產(chǎn)生的V外短暫的。

5V 備用電源

為了保護(hù)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(yīng)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(luò)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(fù)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(kuò)展。我外引腳（圖6）可由ADC監(jiān)控，以測量備份事件期間的負(fù)載電流。設(shè)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(dāng)轉(zhuǎn)換器從降壓模式轉(zhuǎn)換到升壓模式時，最大負(fù)載電流相應(yīng)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(kuò)展的輸入或輸出電壓范圍的應(yīng)用中產(chǎn)生低噪聲降壓-升壓轉(zhuǎn)換。LTC3112 支持大負(fù)載電流的能力使其成為具有更高處理能力的手持設(shè)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(fù)載電流內(nèi)擴(kuò)展高效率。諸如同步開關(guān)頻率、可編程輸出電壓、負(fù)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(yīng)用進(jìn)行定制。

審核編輯：郭婷