LTC3675 是一個(gè)節(jié)省空間的單芯片電源解決方案，適用于靠單節(jié)鋰離子電池運(yùn)行的多軌應(yīng)用。其 4mm x 7mm QFN 封裝中含有兩個(gè) 500mA 降壓型穩(wěn)壓器、兩個(gè) 1A 降壓型穩(wěn)壓器、一個(gè) 1A 升壓型穩(wěn)壓器、一個(gè) 1A 降壓-升壓型穩(wěn)壓器、一個(gè)能以高達(dá) 25mA 驅(qū)動(dòng)兩串 LED 的升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器、以及一個(gè)為內(nèi)務(wù)處理微處理器供電的始終保持接通的 25mA LDO。所有穩(wěn)壓器都可通過 I2C 加以控制。圖 1 所示是一個(gè)靠單節(jié)鋰離子電池運(yùn)行的 8 軌解決方案。
圖 1：通過單個(gè) IC，可用鋰離子電池提供 8 個(gè)電源軌，其中包括一個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)器。
EXPOSED PAD：裸露焊盤
I2C CONTROL：I2C 控制
MICROPROCESSOR CONTROL：微處理器控制
PUSHBUTTON：按鈕
UP TO 10 LEDS：多達(dá) 10 個(gè) LED
Li-Ion CELL：鋰離子電池
ALL PULL UP RESISTORS ARE 100k：*所有上拉電阻器均為 100k。
開關(guān)穩(wěn)壓器的特點(diǎn)
LTC3675 中的所有電壓穩(wěn)壓器都是內(nèi)部補(bǔ)償?shù)膯纹椒�(wěn)壓器。降壓型穩(wěn)壓器和降壓-升壓型穩(wěn)壓器可以通過使能引腳或 I2C 啟動(dòng)，而升壓型穩(wěn)壓器僅通過 I2C 啟動(dòng)。穩(wěn)壓器的反饋調(diào)節(jié)電壓可通過 I2C 設(shè)定在 425mV 至 800mV 的范圍內(nèi) (以 25mV 步進(jìn))。
每個(gè)穩(wěn)壓器都提供兩種輕負(fù)載工作模式。降壓型穩(wěn)壓器提供突發(fā)模式 (Burst Mode®) 工作以實(shí)現(xiàn)最高效率，降壓型穩(wěn)壓器還提供脈沖跳躍模式以實(shí)現(xiàn)更加能可預(yù)測(cè)的 EMI。升壓型和降壓-升壓型穩(wěn)壓器提供突發(fā)模式工作和 PWM 模式。每個(gè)穩(wěn)壓器的工作模式都可以通過 I2C 設(shè)定。
這些穩(wěn)壓器還具有可通過 I2C 在開關(guān)邊沿設(shè)定轉(zhuǎn)換率的控制，在開關(guān)邊沿處，快速切換可產(chǎn)生更高的效率，而慢速切換可改善 EMI 性能。
并聯(lián)降壓型穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的負(fù)載電流能力
LTC3675 中任何兩個(gè)連續(xù)編號(hào)的降壓型穩(wěn)壓器都可并聯(lián)連接，以產(chǎn)生具合并的負(fù)載電流能力的單個(gè)穩(wěn)壓器輸出。例如，降壓型穩(wěn)壓器 1 (能提供 1A 電流) 和穩(wěn)壓器 2 (能提供 1A) 并聯(lián)起來，以提供高達(dá) 2A 負(fù)載電流的單個(gè)降壓型穩(wěn)壓器。類似地，降壓型穩(wěn)壓器 2 和穩(wěn)壓器 3 可以并聯(lián)，以產(chǎn)生負(fù)載電流能力高達(dá) 1.5A 的單個(gè)降壓型穩(wěn)壓器，降壓型穩(wěn)壓器 3 和穩(wěn)壓器 4 可以并聯(lián)，以產(chǎn)生負(fù)載電流能力高達(dá) 1A 的單個(gè)降壓型穩(wěn)壓器。
當(dāng)兩個(gè)降壓型穩(wěn)壓器并聯(lián)時(shí)，號(hào)碼較小的降壓型穩(wěn)壓器充當(dāng)主穩(wěn)壓器，以及控制號(hào)碼較大的從屬降壓型穩(wěn)壓器的功率級(jí)。組合降壓型穩(wěn)壓器的行為方式是通過主 (號(hào)碼較小的) 穩(wěn)壓器設(shè)定的。為了將一個(gè)降壓型穩(wěn)壓器配置為從屬穩(wěn)壓器，其反饋引腳必須連接至 VIN，而且主穩(wěn)壓器和從屬穩(wěn)壓器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)必須一起短接到一個(gè)共用的電感器。從開關(guān)引腳到電感器，主穩(wěn)壓器和從屬穩(wěn)壓器的走線阻抗必須保持相同，以在兩個(gè)功率級(jí)中得到較好的電流分配。走線阻抗不同可能影響組合降壓型穩(wěn)壓器的負(fù)載能力。
在圖 2 所示應(yīng)用中，降壓型穩(wěn)壓器 1 和穩(wěn)壓器 2 并聯(lián)，其中降壓型穩(wěn)壓器 1 充當(dāng)主穩(wěn)壓器，降壓型穩(wěn)壓器 2 作為從屬穩(wěn)壓器。
圖 2：并聯(lián)降壓型穩(wěn)壓器 1 和穩(wěn)壓器 2 可提高負(fù)載電流能力。利用通常用來驅(qū)動(dòng) LED 串的升壓型穩(wěn)壓器產(chǎn)生 12V 輸出。
EXPOSED PAD：裸露焊盤
I2C CONTROL：I2C 控制
MICROPROCESSOR CONTROL：微處理器控制
PUSHBUTTON：按鈕
Li-Ion CELL：鋰離子電池
*ALL PULL UP RESISTORS ARE 100k D1：*所有上拉電阻器均為 100k。
LED 驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)
LED 驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)兩個(gè) LED 串，每串的 LED 數(shù)目可多達(dá) 10 個(gè)。LED 驅(qū)動(dòng)器可以另行配置為高壓升壓型穩(wěn)壓器。
當(dāng)為驅(qū)動(dòng)兩個(gè) LED 串的驅(qū)動(dòng)器配置時(shí)，LED 1 或 LED 2 引腳中電壓較低的引腳是穩(wěn)定點(diǎn)。在圖 1 中，LED_FS 引腳上的 20k 電阻器將 LED 的滿標(biāo)度電流設(shè)定為 25mA。在這個(gè)電流值上，兩個(gè) LED 串之間實(shí)現(xiàn)了好于 1% 的匹配。自動(dòng)分級(jí)電路允許 LED 電流以用戶設(shè)定的速率改變。
就要求 LED 偏置到高于 25mA 電流的應(yīng)用而言，通過 I2C 設(shè)定編程寄存器中的一個(gè)位，所設(shè)定的電流就可以加倍。就 20k LED_FS 電阻器而言，設(shè)定這個(gè)位，就設(shè)定了 50mA 的滿標(biāo)度電流。以這種模式使用時(shí)，輸出電壓限定為 20V。
LED 驅(qū)動(dòng)器配置為高壓升壓型穩(wěn)壓器
利用 I2C 命令，可以將 LED 驅(qū)動(dòng)器配置為以高壓升壓型穩(wěn)壓器工作。LED_OV 引腳充當(dāng)反饋引腳。高達(dá) 40V 的輸出電壓可以用外部電阻器設(shè)定。在圖 2 中，LED 驅(qū)動(dòng)器配置為升壓型穩(wěn)壓器，提供 12V 輸出。為了保持穩(wěn)定性，平均電感器電流不得超過 750mA。就一個(gè) 12V 輸出而言，在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)，可以提供高達(dá) 150mA 的負(fù)載電流。
按鈕接口和順序加電
LTC3675 可以利用 ONB 引腳加電或斷電。與 ONB、RSTB 和 WAKE 引腳有關(guān)的時(shí)序都由 CT 電容器設(shè)定。在以下討論中，假定 CT 電容器的值是 0.01μF。
利用按鈕接口和精確的使能門限，可以順序啟動(dòng)穩(wěn)壓器。當(dāng)所有穩(wěn)壓器都斷開時(shí)，使能引腳門限為 650mV。一個(gè)穩(wěn)壓器一旦通過 I2C 或其使能引腳啟動(dòng)，那么其余使能引腳的門限就設(shè)定為精確的 400mV。這允許實(shí)現(xiàn)控制良好的順序加電。
初始加電之后，如果沒有穩(wěn)壓器尚未啟動(dòng)，那么就保持 ONB 引腳為低并持續(xù) 400ms，這將使 WAKE 引腳變高并持續(xù) 5 秒。WAKE 引腳可以硬連接到一個(gè)使能引腳，以給任何單獨(dú)的穩(wěn)壓器加電，然后該穩(wěn)壓器的輸出可以用來給另一個(gè)穩(wěn)壓器加電。LTC3675 能以這種方式順序加電，如圖 3 所示。圖 4 所示是降壓型穩(wěn)壓器 1、接下來是降壓型穩(wěn)壓器 2、然后是降壓型穩(wěn)壓器 3 的順序加電。在 WAKE 引腳變?yōu)?/span> LOW 之前，必須寫入一條 I2C 命令，以強(qiáng)調(diào)降壓型穩(wěn)壓器 1 的已啟動(dòng)狀態(tài)。否則，當(dāng) WAKE 引腳被拉低時(shí)，降壓型穩(wěn)壓器 1 關(guān)斷，從而引起降壓型穩(wěn)壓器 2 和穩(wěn)壓器 3 也斷電。
圖 3：具穩(wěn)壓器啟動(dòng)排序的單串 LED 驅(qū)動(dòng)器
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I2C CONTROL：I2C 控制
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PUSHBUTTON：按鈕
Li-Ion CELL：鋰離子電池
*ALL PULL UP RESISTORS ARE 100k：*所有上拉電阻器均為 100k。
圖 4：順序啟動(dòng)的 4 個(gè)降壓型穩(wěn)壓器
100us/DIV：每格 100us
如果 LTC3675 有一個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)壓器已啟動(dòng)，那么按下 ONB 引腳上的按鈕，并持續(xù) 5 秒鐘，就產(chǎn)生一次硬復(fù)位。硬復(fù)位使所有已啟動(dòng)的穩(wěn)壓器斷電并持續(xù) 1 秒鐘。1 秒鐘之后，退出硬復(fù)位狀態(tài)，而且 I2C 寄存器全都設(shè)定為缺省狀態(tài)。還可以通過 I2C 命令利用 RESET_ALL 位產(chǎn)生硬復(fù)位。
一旦 LTC3675 處于 ON 狀態(tài)，那么 PBSTAT 引腳就反應(yīng) ONB 引腳的狀態(tài)。在初始加電時(shí)，如果 ONB 引腳被拉低，而且所有穩(wěn)壓器都斷開，那么 PBSTAT 就保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。如果某個(gè)穩(wěn)壓器被啟動(dòng)，那么 ONB 變低并持續(xù)至少 50ms，并使 PBSTAT 也變低。
I2C 的特點(diǎn)
I2C接口通過 11 個(gè)程序寄存器和兩個(gè)狀態(tài)寄存器提供可編程性和狀態(tài)報(bào)告�？梢栽谌魏螘r(shí)間讀取這些寄存器的內(nèi)容，以確保正確工作。
每個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器都與單個(gè)程序寄存器有關(guān)，而 LED 驅(qū)動(dòng)器由兩個(gè)程序寄存器控制。UVOT 程序寄存器用來選擇 8 個(gè)預(yù)置欠壓報(bào)警門限之一和 3 個(gè)預(yù)置芯片溫度報(bào)警門限之一。
如果已經(jīng)發(fā)生了故障，那么 I2C 端口也用來復(fù)位 IRQB 引腳和鎖存的狀態(tài)寄存器位。
錯(cuò)誤情況報(bào)告 —— 利用 RSTB 引腳實(shí)現(xiàn)加電復(fù)位
當(dāng)報(bào)告錯(cuò)誤情況時(shí)，LTC3675 的 RSTB 和 IRQB 引腳被拉低，否則這兩個(gè)引腳保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。所報(bào)告的錯(cuò)誤情況包括失穩(wěn)輸出電壓、輸入欠壓和過熱警報(bào)。
每個(gè)穩(wěn)壓器都有一個(gè)內(nèi)部電源良好 (PGOOD) 信號(hào)，該信號(hào)指示輸出電壓狀態(tài)。如果穩(wěn)壓器已啟動(dòng)，且輸出電壓比設(shè)定值低 7.5% 以上，那么穩(wěn)壓器的輸出電壓就被定義為不良。PGOOD 位設(shè)定為零，表明輸出電壓不良。LED 驅(qū)動(dòng)器僅當(dāng)配置為高壓升壓型穩(wěn)壓器時(shí)，才使用其 PGOOD 信號(hào)。
如果沒有屏蔽，那么 PGOOD 位變低將拉低 RSTB 引腳。錯(cuò)誤情況清除以后，RSTB 引腳返回高阻抗?fàn)顟B(tài)。通過設(shè)定 RSTB 屏蔽寄存器，用戶可以有選擇地屏蔽某種錯(cuò)誤情況，以在該錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，不拉低 RSTB 引腳。例如，如果升壓型穩(wěn)壓器已啟動(dòng)，但用戶不需要知道其輸出的狀態(tài)，那么用戶就可以設(shè)定 RSTB 屏蔽寄存器，以在該升壓型寄存器的輸出不良時(shí)，使 RSTB 引腳不被拉低。
RSTB 引腳可以用來實(shí)現(xiàn)加電復(fù)位功能。某個(gè)穩(wěn)壓器啟動(dòng)以后，RSTB 引腳被拉低，并保持低電平狀態(tài)，直到該穩(wěn)壓器的輸出電壓高于 PGOOD 門限并持續(xù) 200ms 為止。之后，RSTB 引腳返回到高阻抗?fàn)顟B(tài)。上述例子假定，RSTB 屏蔽寄存器中的內(nèi)容設(shè)定為，允許已啟動(dòng)穩(wěn)壓器的 PGOOD 信號(hào)拉低 RSTB 引腳。
當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，IRQB 引腳也被拉低，并保持低電平，即使錯(cuò)誤狀況得到糾正也不變。IRQB 引腳是利用 I2C 命令清除的。除了報(bào)告不良的穩(wěn)壓器輸出電壓，如果超過輸入欠壓或過熱報(bào)警門限二者之一，IRQB 引腳也被拉低。通過設(shè)定 IRQB 屏蔽寄存器，可以有選擇地屏蔽導(dǎo)致 IRQB 引腳被拉低的錯(cuò)誤情況。輸入欠壓警報(bào)和過熱警報(bào)不可屏蔽。
實(shí)時(shí)狀態(tài)寄存器和鎖存狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確揭示故障本質(zhì)。當(dāng)錯(cuò)誤情況改變時(shí)，實(shí)時(shí)狀態(tài)寄存器中錯(cuò)誤報(bào)告位的狀態(tài)也隨之改變。當(dāng)未屏蔽錯(cuò)誤情況發(fā)生時(shí)，鎖存狀態(tài)寄存器的信息是鎖定的，在鎖定事件后，該寄存器中的內(nèi)容不再變化。在 IRQB 清除命令生效時(shí)，清除鎖存狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容。
輸入欠壓故障報(bào)警和停機(jī)
LTC3675 能在輸入電壓低至 2.7V 時(shí)工作。然而，在鋰離子電池一路放電至 2.7V 期間，其他器件也許需要停機(jī)或進(jìn)入低功率狀態(tài)。LTC3675 提供一個(gè)輸入欠壓報(bào)警信號(hào)，其門限可通過 I2C 設(shè)定為 8 個(gè)電平之一。當(dāng)輸入電壓降至設(shè)定的門限電壓時(shí)，IRQB 引腳被拉低，表明出現(xiàn)了故障。狀態(tài)寄存器可讀以確定故障，并采取任何所需的糾正措施。
LTC3675 還提供輸入欠壓停機(jī)功能，如果輸入電源電壓降至低于 2.45V，那么就關(guān)斷所有已啟動(dòng)的穩(wěn)壓器。程序寄存器中的內(nèi)容被復(fù)位到缺省狀態(tài)。一旦輸入電壓升高到超過 2.55V，就恢復(fù)工作。
過熱故障報(bào)警和停機(jī)
LTC3675 占用非常小的電路板空間，但能提供超過 15W 的輸出功率。即使是其高效率穩(wěn)壓器，總的效率損失也會(huì)產(chǎn)生熱量，這會(huì)提高芯片的溫度。為了保護(hù)芯片和其他組件，LTC3675 提供 4 個(gè)可通過 I2C 選擇的芯片溫度報(bào)警門限。當(dāng)芯片溫度超過選定的報(bào)警門限時(shí)，IRQB 引腳拉低。如果有警報(bào)，那么狀態(tài)寄存器就可讀以確定故障原因。
如果芯片溫度超過 150oC，那么所有已啟動(dòng)的穩(wěn)壓器都停機(jī)，程序寄存器復(fù)位到缺省狀態(tài)。一旦芯片溫度降至低于 135oC，就恢復(fù)工作。
結(jié)論
LTC3675 非常適用于要求用單節(jié)鋰離子電池提供多個(gè)電源軌的應(yīng)用。6 個(gè)穩(wěn)壓器加上一個(gè)驅(qū)動(dòng)兩個(gè) LED 串的驅(qū)動(dòng)器，使 LTC3675 有別于同類電源管理解決方案�？赏ㄟ^ I2C 編程以及故障報(bào)告使設(shè)計(jì)師能以高效率使用電池功率，從而最大限度地延長電池運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)熱量管理。LTC3675 采用節(jié)省空間的 4mm x 7mm QFN 封裝。
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