微型硬盤驅(qū)動器是一種流行的存儲介質(zhì)，用于存放在最新便攜式電子設(shè)備中的 MP3 音樂文件、數(shù)碼照片和其他數(shù)據(jù)。同樣，鋰離子電池在這些相同的設(shè)備中也很受歡迎，這帶來了一個小問題，因為迷你磁盤驅(qū)動器通常需要3.3V電源，這正好處于鋰離子電池工作范圍（3.0V至4.2V）的中間。這就要求轉(zhuǎn)換器既能使充滿電的鋰離子電池降壓，又能在放電至3.3V以下時將同一電池升壓。

LTC?3442 是一款 1.2A 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器，非常適合微型磁盤驅(qū)動器應(yīng)用，當(dāng)然也適用于其他降壓-升壓型應(yīng)用。LTC3442 以 95% 的效率延長了電池壽命，并采用其 3mm × 4mm DFN 封裝適合狹小空間。它以以前的LTC降壓-升壓產(chǎn)品為基礎(chǔ)，增加了可編程自動突發(fā)模式操作、開關(guān)頻率和平均輸入電流限制。

特征

LTC3442 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器采用與 LTC3440 和 LTC3441 相同的固定頻率、四開關(guān)架構(gòu)，因而允許其使用單個電感器來調(diào)節(jié)輸出電壓，其輸入電壓可大于或小于輸出。這為鋰離子至3.3V應(yīng)用提供了出色的解決方案，與SEPIC設(shè)計相比，具有更高的效率、更小的尺寸和更低的成本?？删幊套詣油话l(fā)模式操作使轉(zhuǎn)換器無需外部干預(yù)即可更改工作模式，從而在便攜式應(yīng)用中獲得最佳效率。從固定頻率 PWM 模式到突發(fā)模式操作的轉(zhuǎn)換點(diǎn)可通過單個電阻輕松設(shè)置。此外，可編程平均輸入電流限制允許用戶限制從電源汲取的電流。此功能在允許電流消耗限制為最大500mA的USB應(yīng)用中非常有用。四個內(nèi)部 100mΩ MOSFET 開關(guān)即使在高達(dá) 3A 的峰值電流下也能提供高效率?？删幊涕_關(guān)頻率和軟啟動為許多不同的應(yīng)用提供了靈活性。輸出斷開，可防止 V 之間出現(xiàn)任何不需要的電流流動在和 V外在正常工作或關(guān)斷期間，是 4 開關(guān)架構(gòu)的固有特性。

具有自動突發(fā)模式操作的 4W、鋰離子至 3.3V 轉(zhuǎn)換器非常適合動態(tài)負(fù)載應(yīng)用

典型的鋰離子至3.3V應(yīng)用電路如圖1所示。它提供高效、穩(wěn)壓良好的 3.3V 輸出功率，電流高達(dá) 1.2A，紋波非常低，即使電池電壓從 4.2V 到低于 3V 的變化也是如此。自動突發(fā)模式功能使其即使在負(fù)載變得非常輕時也能保持高效率。這非常適合便攜式設(shè)備中的微型磁盤驅(qū)動器等應(yīng)用，這些應(yīng)用在啟動期間需要高達(dá)一安培的電流，在讀寫周期中需要幾百毫安的電流，但在空閑時間或設(shè)備進(jìn)入睡眠狀態(tài)時需要的電流要小得多。圖2顯示了轉(zhuǎn)換器效率，峰值為95%。當(dāng)輸入電壓降至3.3V以下時保持穩(wěn)壓，可以使用電池中的所有能量。它還允許轉(zhuǎn)換器在負(fù)載瞬變期間保持穩(wěn)壓，此時電池ESR可能導(dǎo)致輸入電壓暫時降至3.3V以下。相反，當(dāng)電池電壓接近或降至3.3V以下時，降壓型設(shè)計會失去輸出調(diào)節(jié)。

圖1.鋰離子至 3.3V 轉(zhuǎn)換器提供 1.2A 電流，并具有自動突發(fā)模式操作。

圖2.圖1中轉(zhuǎn)換器的效率與負(fù)載的關(guān)系。

自動突發(fā)模式操作允許轉(zhuǎn)換器隨著負(fù)載電流的變化而改變工作模式，從而保持高效率，而無需主機(jī)發(fā)出任何命令。通過鏡像一小部分輸出電流并將其平均在BURST引腳上，產(chǎn)生與平均負(fù)載電流成比例的電壓。當(dāng)該電壓超過1.12V的內(nèi)部門限時，轉(zhuǎn)換器工作在固定頻率模式。當(dāng)突發(fā)電壓降至0.88V門限以下時，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到突發(fā)模式操作。因此，提高突發(fā)引腳上的電阻值會降低進(jìn)入突發(fā)模式時的負(fù)載電流（不建議使用高于 250K 的值）。（請注意，主機(jī)可以隨時手動控制工作模式，方法是將突發(fā)引腳驅(qū)動在這些閾值以上或以下。

LTC3442 的另一個特性是自適應(yīng)保持電路，該電路可在突發(fā)模式操作期間將 VC 引腳和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)充電至正確的電壓，以實現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換回固定頻率操作。圖3顯示了轉(zhuǎn)換器根據(jù)負(fù)載增加自動從突發(fā)模式操作切換到固定頻率模式時的輸出電壓。如果需要，可以通過將突發(fā)引腳驅(qū)動為高電平（用于固定頻率操作）或低電平（用于突發(fā)模式操作）來強(qiáng)制工作模式。

圖3.突發(fā)模式操作和固定頻率操作之間自動轉(zhuǎn)換期間的輸出電壓。

1MHz USB 至 5V 轉(zhuǎn)換器，具有平均輸入電流限制

越來越多的便攜式電子設(shè)備和計算機(jī)外圍設(shè)備使用USB電源運(yùn)行。雖然這對用戶來說很方便，但它給USB供電設(shè)備的設(shè)計人員帶來了一些挑戰(zhàn)。主機(jī)的穩(wěn)壓器容差，加上總線供電集線器和USB電纜中的壓降，導(dǎo)致USB電纜末端的5V調(diào)節(jié)不良，從4.35V到5.25V不等（瞬態(tài)低至4.0V）。圖 4 示出了一款扁平 （1.2mm）、USB 至 5V 轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器采用 LTC3442 來實現(xiàn)高功率總線供電型功能。它接受穩(wěn)壓不良的 USB 輸入，并提供 5V 和 2% 調(diào)節(jié)和小于 20mV 的電壓P–P脈動。圖5顯示了該電路在線路和負(fù)載瞬變期間保持嚴(yán)格穩(wěn)壓的能力。在本例中，階躍負(fù)載導(dǎo)致USB供電電流增加400mA，導(dǎo)致USB輸入電壓下降600mV，而V外僅表現(xiàn)出60mV干擾。

圖4.具有平均輸入電流限制的 5V 轉(zhuǎn)換器，適用于 USB 應(yīng)用。

圖5.圖4中USB轉(zhuǎn)換器的階躍負(fù)載調(diào)節(jié)。

轉(zhuǎn)換器效率在92MHz時高達(dá)1%，如圖6所示。請注意，在本例中，突發(fā)引腳被拉高以實現(xiàn)固定頻率操作。

圖6.圖5中4V USB轉(zhuǎn)換器的效率與負(fù)載的關(guān)系。

對USB總線用戶的限制之一是最大允許電流消耗為500mA。為了保證不超過此限制，USB供電的解決方案通常采用額外的限流電路，從而增加尺寸和成本。LTC3442 通過包括一個可編程平均輸入電流限值解決了這一問題，該限值的工作原理是鏡像輸入電流的一小部分，并使用一個外部 RC 網(wǎng)絡(luò)在 RLIM 引腳上將其平均。RLIM電壓也連接到一個具有1V基準(zhǔn)的內(nèi)部放大器。當(dāng)RLIM電壓達(dá)到1V時，放大器箝位VC引腳，根據(jù)需要降低輸出電壓，以防止輸入電流進(jìn)一步增加。在圖4示例中，發(fā)生過載時，輸入電流被限制在500mA以下。電流限制響應(yīng)時間由RLIM引腳上的濾波電容設(shè)定。圖7顯示了電路對過載的響應(yīng)，V為V外像我一樣下降外增加，USB 輸入電流被鉗位至 0.5A。

圖7.USB轉(zhuǎn)換器的輸入電流限制過載響應(yīng)。

在此應(yīng)用中，需要肖特基二極管來限制開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的峰值電壓，并提供小幅的效率改進(jìn)。請注意，由于二極管是背靠背的，因此 LTC3442 的輸出斷接功能得以保持。首次連接電纜時，與輸入濾波電容器串聯(lián)的電阻可抑制輸入電容器與USB電纜電感諧振引起的任何振蕩或過沖。僅當(dāng)使用陶瓷輸入電容器時，才需要此阻尼電阻。使用鉭電容器時，電容器的ESR提供阻尼，無需外部電阻。

高效率、恒流白光LED驅(qū)動器

大電流白光LED正被用于許多新應(yīng)用，包括手機(jī)攝像頭的閃光燈。這些應(yīng)用需要小型、高效率的解決方案，能夠提供穩(wěn)定的LED電流，可能需要設(shè)置在幾百毫安到超過1A的任意位置，同時由鋰離子電池供電。對于典型的白光LED電壓范圍為3V至4V，需要降壓-升壓轉(zhuǎn)換器來最大限度地延長鋰離子電池的使用壽命。

大多數(shù) LED 驅(qū)動器必須使用電流檢測電阻來調(diào)節(jié) LED 電流。這種方法會降低效率，并需要增加電路板空間，因為電阻的尺寸必須能夠處理LED中的高峰值電流。圖 8 顯示了針對此應(yīng)用的獨(dú)特解決方案，其中 LTC3442 配置為一個固定頻率恒定電流源。通過利用 BURST 引腳上的輸出電流鏡（通常用于自動突發(fā)模式操作），無需電流檢測電阻。在此應(yīng)用中，反饋環(huán)路在檢測的平均輸出電流而不是輸出電壓上閉合。通過基本無損電流檢測，可實現(xiàn)94%的效率，如圖9所示。通過改變 BURST 引腳上的電阻，可以輕松設(shè)置或快速更改 LED 電流，就像在脈沖閃光燈中一樣。它也可以通過關(guān)斷輸入打開和關(guān)閉。圖10顯示了閃存應(yīng)用中對脈沖輸入的響應(yīng)。整個解決方案只有2mm高。

圖8.適用于鋰離子電池供電應(yīng)用的恒流白光 LED 驅(qū)動器。

圖9.圖8所示大電流LED驅(qū)動器的效率與負(fù)載的關(guān)系。

圖 10.圖8中LED恒流驅(qū)動器在閃光燈應(yīng)用中的階躍響應(yīng)。

該電路還具有過壓保護(hù)功能，可在 LED 電流路徑開路時防止輸出電壓過高。通過將 RLIM 引腳連接到 V 上的電阻分壓器外，RLIM 輸入用作具有 1.0V 基準(zhǔn)的過壓比較器。將RLIM提升到1.0V以上會下拉VC引腳，從而限制輸出電壓。通過使分壓電阻的值相對較小，輸入電流鏡向RLIM提供的電流對過壓閾值的影響可以忽略不計。

結(jié)論

凌力爾特的 LTC3442 同步降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器具有自動突發(fā)模式操作和可編程輸入電流限制功能，簡化了各種應(yīng)用中的系統(tǒng)電源設(shè)計。降壓-升壓架構(gòu)和 100mΩ 內(nèi)部開關(guān)提供具有高電流能力的穩(wěn)健、高效率解決方案，而自動突發(fā)模式功能可最大限度地延長負(fù)載要求變化很大的便攜式鋰離子電池供電設(shè)備的運(yùn)行時間?？删幊誊浧饎雍烷_關(guān)頻率以及外部補(bǔ)償使 LTC3442 成為一種非常靈活的解決方案。3mm × 4mm DFN 封裝的高集成度，以及使用扁平電感器和全陶瓷電容器在超過 1MHz 的速率下高效工作的能力，有助于設(shè)計人員節(jié)省寶貴的電路板空間，并滿足當(dāng)今微型便攜式應(yīng)用的嚴(yán)格高度要求。

審核編輯：郭婷