ASSP優(yōu)化手持設(shè)備中的電源管理電路設(shè)計(jì)

　　絕大多數(shù)的電池供電的手持設(shè)備通?？梢杂靡粋€(gè)AC適配器，一個(gè)通用串行總線（USB），或者一塊鋰/聚合物電池來供電，但是，如何實(shí)現(xiàn)這些電源間的電源通道控制是一個(gè)很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。直到最近，設(shè)計(jì)師還在試圖利用分離的方式，即用一組MOSFET以及運(yùn)算放大器等來實(shí)現(xiàn)這一功能，但他們面臨著很大的問題，如熱插拔和很大的瞬間電流等，這些都會(huì)引起很大的系統(tǒng)問題。在各類電池供電的手持設(shè)備中的功能和性能方面存在一定的共性，這些產(chǎn)品中可以使用應(yīng)用定制標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（ASSP），且沒有在單晶圓制造工藝中出現(xiàn)的與IC制造相關(guān)的性能折衷。

　　無縫地管理交流適配器，USB和鋰離子電池之間的功率流，符合USB標(biāo)準(zhǔn)，所有部分均封裝在一個(gè)4×5mm QFN內(nèi)。似乎這還不足夠，它還帶有一個(gè)全功能的鋰離子/聚合物電池充電器，能夠提供高達(dá)1.2A的充電電流，再加上三個(gè)用來產(chǎn)生絕大多數(shù)USB外設(shè)所需的低電壓軌的高效率同步降壓轉(zhuǎn)換器。此外，LTC3555還提供一個(gè)恒定的25mA的低壓差線性調(diào)節(jié)器來為實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和低功率邏輯電路供電。整個(gè)器件可以通過一個(gè)簡單的I2C接口或簡單的I/O口來控制。

　　LTC3555接口電路設(shè)計(jì)

　　電路原理：DC/DC變換是一個(gè)相對(duì)簡單的降壓變換。LTC3555的三個(gè)片上降壓變換器都工作在電流模式控制，效率高達(dá)95%，具有I2C或芯選觸發(fā)突發(fā)模式或自動(dòng)的觸發(fā)突發(fā)模式。DC/DC變換器的開關(guān)頻率為2.25MHz，允許使用很小的外部電容和電感。這些降壓變換器的連續(xù)輸出電流分別為 1A，400mA和400mA，輸出電壓在0.8-3.6V之間可編程。

　　LTC3555的功率提供方法與現(xiàn)有的電池和電源管理 IC不同，實(shí)際上是電荷饋送（charger-fed）系統(tǒng)。在一般的電源管理IC中，外部電源并不直接為負(fù)載供電。而是由AC適配器或USB口為電池充電，然后再為負(fù)載供電。在電池被過度放電或根本就沒有任何電量的情況下，為負(fù)載供電會(huì)有一個(gè)延遲。這是因?yàn)殡娔軣o法直接從電池取走，直到電池獲得了所需的最少量的電荷后方可。使用LTC3555后，就可以消除該延遲，只要墻體適配器或USB一插上就可以立即為手持設(shè)備供電。此外，芯片可以取走負(fù)載未用的功率，并用它為電池充電。這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)（即省去了充電延遲以及同時(shí)充電和為負(fù)載供電）延長了有效的工作時(shí)間，并且在連接到USB時(shí)加速充電。這種電源管理技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提高了使用效率，只要有AC或USB電源即可。這種情況下，可以省去不需要的變換級(jí)（用于電池充電）。

　　高效率開關(guān)電源通道控制器

　　與有一個(gè)線性電源通道控制器的上一代產(chǎn)品 LTC3455不同，LTC3555有一個(gè)高效率的開關(guān)模式電源通道控制器。專門為USB應(yīng)用而設(shè)計(jì)，LTC3555的電源通道控制器整合了一個(gè)精密平均輸入遞降開關(guān)調(diào)節(jié)器，這樣可以最大限度地利用可用的USB功率。因?yàn)殡娔鼙槐４?，LTC3555允許VOUT上的負(fù)載電流超過USB口吸取的電流，但不超過USB負(fù)載規(guī)范的要求。電源通道開關(guān)調(diào)節(jié)器與電池充電器相互通信以確保輸入電流不會(huì)超過USB的指標(biāo)限制。更進(jìn)一步，從BAT到VOUT之間的理想二極管保證了功率可以始終送到VOUT，即便是沒有足夠的功率或者在VBUS上根本就沒有電源的情況下也是如此。

　　圖2：LTC3555電源通道方框圖

　　當(dāng)VBUS可用時(shí)并且電源通道開關(guān)調(diào)節(jié)器激活時(shí)，就可以通過SW將電源從VBUS送到VOUT（見圖2）。VOUT驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載（圖1中的開關(guān)調(diào)節(jié)器1，2和3）和電池充電器組成的混合負(fù)載。如果混合負(fù)載沒有超過電源通道開關(guān)調(diào)節(jié)器的編程輸入電流限制，VOUT將跟蹤0.3V（電池電壓以上）。通過保持電池充電器上的電壓為低，效率被優(yōu)化，因?yàn)閾p失到線性電池充電器上的功率被減到了最小，其結(jié)果是送到負(fù)載上的可用功率被優(yōu)化。

　　如果VOUT的混合負(fù)載足夠大，能引起開關(guān)電源達(dá)到編程輸入電流的限制值，電池充電器將充電電流降低所需的量，以滿足外部負(fù)載需求的值。即使電池電流被設(shè)置得超過了允許的USB電流，也不會(huì)超過USB規(guī)范，因?yàn)殚_關(guān)調(diào)節(jié)器會(huì)始終限制平均輸入電流，以確保不會(huì)出現(xiàn)這種情況。進(jìn)一步說，VOUT上的負(fù)載電流始終是優(yōu)先的，只有剩余的功率才被用來對(duì)電池充電。如果電池電壓低于3.3V，或者電池不存在，而且負(fù)載的需求不會(huì)引起開關(guān)調(diào)節(jié)器超過USB規(guī)范的要求，VOUT將會(huì)降到一個(gè)位于3.6V與電池電壓之間的某個(gè)值上。如果電池不存在，而負(fù)載有超過了可用的USB功率，VOUT將會(huì)跌落到地電平。很清楚，對(duì)于電池供電的手持設(shè)備的設(shè)計(jì)師來說，有許多選項(xiàng)來確保電池壽命對(duì)于其特定的應(yīng)用來說是最優(yōu)化的。一個(gè)性能最優(yōu)的、多功能的ASSP能夠提供實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)功能所需的電壓或功率電平，同時(shí)確保在正常工作時(shí)電池的漏功率減到最小。