對于由各種不同化學組成的電池、交流適配器以及 DC 電壓軌 (如 USB) 供電的應用而言，用多個輸入源工作的要求變得越來越常見了。視每個輸入電壓以及想要的輸出電壓范圍的不同而不同，提供升壓或降壓轉換常常是必要的。

雖然從概念上說依靠多種電源供電是簡單明了，但是實施方案卻可能很復雜。電源通路中的損耗、輸入電源的優(yōu)先級確定、以及源于電感電纜插入的電壓尖峰均會增加系統(tǒng)的成本和復雜性。

LTC3118 通過整合一個雙通道、低損耗 PowerPath 控制器和一個高效率降壓-升壓型轉換器解決了這些問題，如圖 1 所示。其獨特架構允許從任一輸入源 (V_IN1 或 V_IN2) 轉換到一個穩(wěn)定的輸出電壓 V_OUT，該輸出電壓可以高于或低于任一輸入。該器件直到 18V 都可工作，因此為 12V 標稱值電源提供了充足的電壓裕度。該轉換器支持功耗非常大的設計，能夠向負載提供超過 2A 電流。LTC3118 的電流模式控制架構可快速響應電壓或負載瞬態(tài)，從而可以嚴格地保持輸出穩(wěn)定。就電池供電應用而言，突發(fā)模式 (Burst Mode^®) 工作還可延長運行時間。

圖 1：LTC3118 的雙降壓-升壓開關架構

基于 LTC3118 的設計既靈活、節(jié)能且尺寸又小

多輸入設計常常用外部二極管“或”電路實現(xiàn)。這類電路盡管簡單、成本低，但是隨著溫度升高，有源二極管的正向壓降和隔離二極管中的反向泄漏電流會導致效率下降。凌力爾特公司的理想二極管 IC 可用來提高效率，并最大限度降低泄漏電流，但是其限制是要用較高的輸入源工作。如果輔助輸入源的電壓高于主輸入源，而主輸入源的能量更加充裕，那么人們就不想采用最高 V_IN 工作的方式。

LTC3118 提供“優(yōu)先”工作模式，在這種模式時，不管 V_IN2 上的電壓多高，V_OUT 都由 V_IN1 (如果存在并有效) 供電。仍然提供了以“理想二極管”模式運行的二極管“或”電路，但是增加了遲滯以防止兩個輸入相等時，在兩個輸入之間來回顫動。與使用理想二極管 IC 的情況相同，LTC3118 的全 N 溝道 MOSFET 設計消除了二極管正向壓降。就靈活性而言，每個輸入源都有一個獨立的 UVLO 門限，該門限應該設定為輸入的最低工作電壓。還有額外的引腳可用，以向系統(tǒng)提供 V_IN 和 V_OUT 狀態(tài)信號，從而改進監(jiān)視和控制。

LTC3118 在 4mm x 5mm QFN 或 28 引腳 TSSOP 封裝中集成了智能 PowerPath 控制器和單電感器降壓-升壓型轉換器。這個解決方案實現(xiàn)了無與倫比的簡單性和靈活性，并顯著節(jié)省了電路板面積，無論是理想二極管電源通路結合單獨的降壓-升壓型 DC/DC 轉換器，還是傳統(tǒng)二極管“或”電源通路結合單獨的降壓-升壓型 DC/DC 轉換器，都無法與其相比。LTC3118 以固定的 1.2MHz 頻率運行，在開關損耗和外部組件尺寸之間做出了最佳權衡。一個基于 LTC3118 的完整系統(tǒng)如圖 2 所示，該系統(tǒng)能夠提供超過 24W 的功率，占板面積為 400mm²。

圖 2：LTC3118 演示電路板

以改進的切換性能，用兩節(jié)鋰離子電池或交流適配器提供 12V 輸出

圖 3 顯示的應用在 V_IN1 端放置了兩節(jié)鋰離子電池，在 V_IN2 端放置了 12V 交流適配器。在這個例子中，選擇了理想二極管模式，以在 12V 交流電源存在時，強制用這個電源工作。如圖所示，無論使用哪個輸入源，都在很寬的負載范圍內實現(xiàn)了高效率。在這個應用中，電池放置在 V_IN1 端，因為 V_IN1 端有 R_DS(ON) 較低的 MOSFET，能夠在低 V_IN 時以升壓模式支持略大的負載電流。當以電池電壓范圍低端的 6V 電壓工作時，最大負載電流限定為 800mA。如果需要，可以監(jiān)視電源良好指示器 /V2GD，以在 12V 交流電源存在時，允許提高負載電流。

采用多種電源的設計常常需要進行某種電源 (比如：墻上適配器) 的“熱插拔”，因而在輸入端上引起噪聲和電感性振鈴。可以通過降低電纜電感或增大輸入端的電容和 / 或阻抗來減輕這類瞬態(tài)問題，但是在有些系統(tǒng)中，這么做是不切實際的。基于 LTC3118 的設計能夠以幾種方式更好地管理這類變化和瞬態(tài)。2.5V 至 18V 的寬輸入電壓范圍可耐受正和負方向上的電感電纜振鈴。單獨的 RUN1 和 RUN2 引腳允許針對每個輸入設定定制化 UVLO 值，如圖 3 所示。

圖 3：(a) LTC3118 原理圖 (b) 效率曲線

圖 4a 顯示在理想二極管模式下，電感電纜插入 V_IN2 端時的熱插拔情況。如圖所示，由于長電纜的電感，12V 交流適配器過沖至 17V。圖 4b 顯示電纜拔出時的響應。如圖所示，LTC3118 用 V_IN2 工作，直至 UVLO 在 9V 左右起作用以及用 V_IN1 恢復運行為止。在兩種情況下，平均電流環(huán)路快速對電感器電流進行必要的控制，從而使輸出端的瞬態(tài)最小，輸出端采用了 100µF 電容器。

圖 4：(a) 交流適配器插入 (b) 交流適配器拔出

USB / 系統(tǒng)電源或 3 節(jié)鋰離子電池以優(yōu)先級模式運行，啟動突發(fā)模式以延長電池壽命

基于 LTC3118 的第二個應用如圖 5 所示。在這個例子中，3 節(jié)鋰離子電池組成的電池組放置在 V_IN2，V_IN1 端用于 USB 輸入。因為較低電壓的 USB 輸入可用時，應該選擇用 USB 輸入工作，那么 LTC3118 就設定為 V_IN1 優(yōu)先模式。當用 USB 工作時，V_IN1 和 V_OUT 的電壓大小是類似的。在升壓模式和降壓模式的轉換邊沿，LTC3118 的內部 PWM 電路無縫轉換，從而使所引起的電感器和輸出電壓抖動最小。

圖 5：(a) LTC3118 原理圖 (b) 效率曲線

用任一電源運行時，突發(fā)模式工作可提高輕負載時的效率，如圖 5b 所示。就電池輸入而言，輕負載效率顯然是很重要的，不過，如果由另一部便攜式設備供電，那么 USB 輸入也有益。LTC3118 的平均電流模式控制方式提供了卓越的負載階躍響應，甚至在突發(fā)模式工作時也是如此。在圖 6a 中示出了從一個 100mA 負載 (此時器件工作在突發(fā)模式) 至一個 600mA 負載階躍 (此時 LTC3118 快速進入 PWM 模式) 的轉換，其最大限度地抑制了 V_OUT 瞬變。請注意，USB 3.0 支持高達 1.5A 充電電流，但是在數(shù)據(jù)傳送時電流限制為 900mA，擬議中的 USB 3.1 標準支持高達 2A 電流。

LTC3118 有固定的 3A (最小) 電感器電流限制，那么就 5V 和 12V 輸出而言，在 (或接近) 升壓模式時，隨 V_IN 變化可支持的最大負載電流降低，如圖 6b 所示。在決定輸入源電壓時，這是需要考慮的一個重要因素，因為輸入源電壓與所需輸出電壓以及負載功率預算有關。如果 LTC3118 的 V_CC 電源是從 5V 輸出反饋而來，如圖 5a 所示，那么在低輸入電壓時的最大負載電流可以得到改善，如圖 6b 所示。

圖 6：(a) 突發(fā)模式工作時的負載階躍性能。(b) 就 5Vout 和 12Vout 而言的最大負載電流。

備份系統(tǒng)

圖 7 顯示了一個備份電源系統(tǒng)，其中 V_IN1 端的主電源由 12V 系統(tǒng)電源軌或鉛酸電池供電。V_IN2 端的 10mF 存儲電容器由一個圖中未顯示的單獨電源充電至 18V。一旦優(yōu)先使用的 V_IN1 電源中斷，/V1GD 指示信號就變?yōu)楦唠娖�，以向系統(tǒng)發(fā)出提示，然后 LTC3118 開始用 V_IN2 工作，以保持 V_OUT 穩(wěn)定。

圖 7：備份系統(tǒng)保持系統(tǒng)狀態(tài)多于 1 秒以完成數(shù)據(jù)存儲

進行備份時的示波器照片如圖 7 所示，在這支持 200mA 負載多于 1 秒以實現(xiàn)受控的停機。輸入端的可用能量由下式給出：

在這支持 200mA 負載多于 1 秒以實現(xiàn)受控的停機。

在這種情況下，從 LTC3118 吸取恒定的 200mA 負載電流，因為 V_IN 電容器的電量在 1.35 秒內耗盡。輸出能量是 1.35 焦耳，結果在包括超級電容器損耗后的平均轉換效率為 84%。

V_CC 從 V_OUT 獲得反饋，從而允許 V_IN2 在此過程中于低至 2.2V 的電壓條件下運作。在該場合中，RUN2 引腳連接在 V_IN2 和V_OUT 之間，因而要求 V_IN1 上的系統(tǒng)電源最初啟動 V_OUT，并確保當 V_IN2 在后備供電過程中下降時執(zhí)行干凈的停機運行方式，如圖所示。根據(jù)系統(tǒng)的要求可以容易地改變存儲電容和 V_IN2 上的電壓。

總結

LTC3118 整合了智能 PowerPath 控制器和單電感器降壓-升壓型轉換器，從而產生了一個適合多輸入設計的緊湊平臺。該器件提供寬輸入 / 輸出電壓范圍，能夠在降壓模式支持 2A 負載電流，因此成為一個適用于多種應用的可靠解決方案。LTC3118 獨特的開關架構允許用高于或低于穩(wěn)定輸出電壓的輸入電壓工作。該 IC 包括必要的控制和指示信號引腳，以使設計師能夠實現(xiàn)最大的系統(tǒng)靈活性。平均電流模式控制在切換時針對輸出負載階躍或輸入電壓階躍提供快速響應。憑借凌力爾特公司最新一代降壓-升壓型內核和突發(fā)模式工作，可以同時實現(xiàn)低噪聲和高效率。