微型硬盤驅(qū)動(dòng)器是一種流行的存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存放MP3音樂文件、數(shù)碼照片和最新便攜式電子產(chǎn)品中的其他數(shù)據(jù)。同樣，鋰離子電池在這些設(shè)備中也很受歡迎，這帶來了一個(gè)小問題，即迷你磁盤驅(qū)動(dòng)器通常需要3.3V電源，這正好在鋰離子電池工作范圍(3.0 v至4.2 v)的中間。這需要一個(gè)轉(zhuǎn)換器，既可以降低充滿電的鋰離子電池的電壓，也可以在電池放電到低于3.3 v的水平時(shí)提高電池的電壓。

LTC3442是一款1.2A buck-boost轉(zhuǎn)換器，非常適合小型磁盤驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用，當(dāng)然也適用于其他buck-boost應(yīng)用。LTC3442以95%的效率延長電池壽命，并通過其3mm × 4mm DFN封裝適合狹窄的空間。它建立在以前的LTC降壓升壓產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，增加了可編程的自動(dòng)突發(fā)模式 操作，開關(guān)頻率和平均輸入電流限制。

特性

LTC3442 buck-boost轉(zhuǎn)換器采用與LTC3440和LTC3441相同的固定頻率，四開關(guān)架構(gòu)，允許它使用單個(gè)電感來調(diào)節(jié)輸出電壓，輸入電壓可以大于或小于輸出電壓。這為鋰離子到3.3V的應(yīng)用提供了一個(gè)極好的解決方案，比SEPIC設(shè)計(jì)具有更高的效率，更小的尺寸和更低的成本?？删幊痰淖詣?dòng)突發(fā)模式操作使轉(zhuǎn)換器可以在沒有外部干預(yù)的情況下改變工作模式，在便攜式應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最佳效率。從固定頻率PWM模式到突發(fā)模式操作的過渡點(diǎn)很容易用單個(gè)電阻編程。此外，可編程的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USB應(yīng)用中非常有用，其中允許的電流最大限制為500mA。四個(gè)內(nèi)部100毫歐 MOSFET開關(guān)提供高效率，即使在峰值電流高達(dá)3A?？删幊涕_關(guān)頻率和軟啟動(dòng)為許多不同的應(yīng)用提供了靈活性。輸出斷開，防止在正常操作或關(guān)機(jī)期間V(IN)和V(OUT)之間的任何不必要的電流流動(dòng)，是4開關(guān)架構(gòu)的固有特征。

4W，具有自動(dòng)突發(fā)模式操作的鋰離子到3.3V轉(zhuǎn)換器是動(dòng)態(tài)負(fù)載應(yīng)用的理想選擇

典型的鋰離子到3.3V的應(yīng)用電路如圖1所示。即使電池電壓從4.2V變化到低于3V，它也能在高達(dá)1.2A的電流下提供高效、良好調(diào)節(jié)的3.3V輸出功率，紋波非常低。自動(dòng)突發(fā)模式功能使其能夠保持高效率，即使負(fù)載變得非常輕。這對(duì)于便攜式設(shè)備中的微型磁盤驅(qū)動(dòng)器等應(yīng)用是理想的，這些應(yīng)用在啟動(dòng)時(shí)需要高達(dá)1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(shí)間或設(shè)備進(jìn)入睡眠狀態(tài)時(shí)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(shí)保持穩(wěn)壓，可以使電池中的所有能量得到利用。它還允許變換器在負(fù)載瞬態(tài)期間保持調(diào)節(jié)，當(dāng)電池ESR可能導(dǎo)致輸入電壓暫時(shí)降至3.3V以下時(shí)。相反，當(dāng)電池電壓接近或低于3.3V時(shí)，降壓設(shè)計(jì)失去輸出調(diào)節(jié)。

自動(dòng)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，保持高效率，無需主機(jī)的任何命令。通過鏡像輸出電流的一小部分并將其平均到BURST引腳上，產(chǎn)生與平均負(fù)載電流成正比的電壓。當(dāng)該電壓超過1.12V的內(nèi)部閾值時(shí)，轉(zhuǎn)換器以固定頻率模式工作。當(dāng)BURST電壓低于0.88V的閾值時(shí)，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到BURST模式工作。因此，提高Burst引腳上的電阻值會(huì)降低進(jìn)入Burst模式的負(fù)載電流(不建議高于250K的值)。(注意，操作模式可以由主機(jī)在任何時(shí)候通過驅(qū)動(dòng)Burst引腳高于或低于這些閾值來手動(dòng)控制。)

LTC3442的另一個(gè)特點(diǎn)是自適應(yīng)保持電路，在突發(fā)模式操作期間保持VC引腳和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)充電到正確的電壓，以便平穩(wěn)過渡回固定頻率操作。圖3顯示了隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)換器自動(dòng)從突發(fā)模式切換到固定頻率模式時(shí)的輸出電壓。如果需要，可以通過驅(qū)動(dòng)Burst引腳高(用于固定頻率操作)或低(用于Burst模式操作)來強(qiáng)制工作模式。

1MHz USB到5V轉(zhuǎn)換器與平均輸入電流限制

越來越多的便攜式電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備使用USB電源。雖然這給用戶帶來了方便，但也給USB供電設(shè)備的設(shè)計(jì)者帶來了一些挑戰(zhàn)。主機(jī)的穩(wěn)壓容限，加上母線供電集線器和USB電纜的電壓下降，導(dǎo)致USB電纜末端可用的5V調(diào)節(jié)不良，從4.35V到5.25V不等(瞬態(tài)下降到4.0V)。圖4顯示了一個(gè)低輪廓(1.2mm)，使用LTC3442的USB到5V轉(zhuǎn)換器，用于大功率總線供電功能。它接受調(diào)節(jié)差的USB輸入，并提供5V的2%調(diào)節(jié)和小于20mV(P-P)紋波。圖5說明了電路在線路和負(fù)載瞬變期間保持嚴(yán)格調(diào)節(jié)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(OUT)僅顯示60mV擾動(dòng)。

轉(zhuǎn)換器效率在1MHz時(shí)高達(dá)92%，如圖6所示。請(qǐng)注意，在本例中，Burst引腳被拉高用于固定頻率操作。

對(duì)USB總線用戶的限制之一是最大允許電流為500mA。為了保證不超過這個(gè)限制，USB供電的解決方案通常采用額外的限流電路，從而增加了尺寸和成本。LTC3442解決了這個(gè)問題，包括一個(gè)可編程的平均輸入電流限制，其工作原理是鏡像一小部分輸入電流，并在RLIM引腳上平均，使用外部RC網(wǎng)絡(luò)。RLIM電壓也連接到帶有1V參考的內(nèi)部放大器。當(dāng)RLIM電壓達(dá)到1V時(shí)，放大器鉗住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的示例中，在發(fā)生過載的情況下，輸入電流被限制在500mA以下。電流限制響應(yīng)時(shí)間由RLIM引腳上的濾波電容設(shè)定。圖7顯示了電路對(duì)過載的響應(yīng)，隨著I(OUT)的增加，V(OUT)下降，USB輸入電流被箝位到0.5A。

在這種應(yīng)用中，肖特基二極管需要限制開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的峰值電壓，并提供一個(gè)小的效率改進(jìn)。請(qǐng)注意，由于二極管是背靠背的，因此保持了LTC3442的輸出斷開特性。與輸入濾波電容串聯(lián)的電阻器可以在電纜首次連接時(shí)，抑制由輸入電容與USB電纜電感諧振引起的任何振蕩或超調(diào)。只有在使用陶瓷輸入電容時(shí)才需要這個(gè)阻尼電阻。當(dāng)使用鉭電容器時(shí)，電容器的ESR提供阻尼，消除了對(duì)外部電阻的需要。

高效率、恒流白光LED驅(qū)動(dòng)

高電流白光led被用于許多新的應(yīng)用，包括手機(jī)相機(jī)的閃光燈。這些應(yīng)用需要一個(gè)小的，高效率的解決方案，能夠提供一個(gè)可調(diào)節(jié)的LED電流，這可能需要設(shè)置從幾百毫安到超過1A，而由鋰離子電池供電。典型的白光LED電壓范圍從3V到4V，降壓升壓轉(zhuǎn)換器是必要的，以最大限度地延長鋰離子電池的壽命。

大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器必須使用電流感應(yīng)電阻來調(diào)節(jié)LED電流。這種方法降低了效率，并且需要額外的電路板空間，因?yàn)殡娮璞仨氄{(diào)整大小以處理LED中的峰值電流。此應(yīng)用程序的獨(dú)特解決方案如圖8所示，其中LTC3442被配置為固定頻率恒流源。通過利用BURST引腳的輸出電流鏡，通常用于自動(dòng)突發(fā)模式操作，不需要電流檢測(cè)電阻。在這種應(yīng)用中，反饋回路在被檢測(cè)到的平均輸出電流上關(guān)閉，而不是輸出電壓。通過基本上無損的電流傳感，可以實(shí)現(xiàn)94%的效率，如圖9所示。通過改變BURST引腳上的電阻，LED電流可以很容易地編程或快速改變，就像在脈沖閃光中一樣。它也可以通過關(guān)閉輸入來打開和關(guān)閉。圖10演示了flash應(yīng)用程序?qū)γ}沖輸入的響應(yīng)。整個(gè)溶液只有2mm高。

該電路還具有過壓保護(hù)功能，防止在LED的電流路徑開路時(shí)輸出電壓過高。通過將RLIM引腳連接到V(OUT)上的電阻分壓器，RLIM輸入充當(dāng)具有1.0V參考電壓的過壓比較器。將RLIM升高到1.0V以上會(huì)拉低VC引腳，限制輸出電壓。通過使分壓電阻的值相對(duì)較小，由RLIM的輸入電流鏡像產(chǎn)生的電流對(duì)過壓閾值的影響可以忽略不計(jì)。

結(jié)論

Linear Technology的LTC3442同步降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，具有自動(dòng)突發(fā)模式操作和可編程輸入限流，簡化了各種應(yīng)用中的系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。buck-boost架構(gòu)和100毫歐內(nèi)部開關(guān)提供了一個(gè)強(qiáng)大的，具有高電流能力的高效率解決方案，而自動(dòng)突發(fā)模式功能最大限度地提高了具有廣泛不同負(fù)載要求的便攜式鋰離子供電設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間?？删幊誊泦?dòng)和開關(guān)頻率，以及外部補(bǔ)償，使LTC3442成為一個(gè)非常靈活的解決方案。3mm × 4mm DFN封裝的高集成度，以及使用低規(guī)格電感器和全陶瓷電容器在1MHz以上高效運(yùn)行的能力，有助于設(shè)計(jì)師節(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。