降壓-升壓型控制器延長(zhǎng)手持式設(shè)備的電池工作時(shí)間

LTC3785基于標(biāo)準(zhǔn)H橋式降壓-升壓功率級(jí)，如圖2所示。它同時(shí)含有降壓和升壓開(kāi)關(guān) MOSFET，這些MOSFET連接到單個(gè)電感器上。與不斷地同時(shí)開(kāi)關(guān)所有4個(gè)MOSFET的標(biāo)準(zhǔn)降壓-升壓模式不同，LTC3785采用專(zhuān)有設(shè)計(jì)，每次只開(kāi)關(guān)兩個(gè)MOSFET。很多降壓-升壓控制電路在轉(zhuǎn)換點(diǎn)都有效率下降、電源抖動(dòng)或輸出電壓不穩(wěn)定問(wèn)題。然而，LTC3785在降壓、降壓-升壓和升壓工作區(qū)之間無(wú)縫轉(zhuǎn)換，在所有工作模式下都保持低噪聲性能。這個(gè)控制電路還極大地降低了不必要的開(kāi)關(guān)和傳導(dǎo)損耗，最大限度地提高了轉(zhuǎn)換器的效率。

圖2 電源部分方框圖和工作模式

工作模式

輸入電壓高于輸出電壓時(shí)，該轉(zhuǎn)換器以降壓模式工作，開(kāi)關(guān)A和B轉(zhuǎn)換輸入電壓，開(kāi)關(guān)D保持接通，L1連接到輸出(見(jiàn)圖2)。隨著輸入電壓降低并接近輸出電壓，該轉(zhuǎn)換器接近降壓模式工作的最大占空比，電橋的升壓部分開(kāi)始開(kāi)關(guān)，進(jìn)入降壓-升壓或4開(kāi)關(guān)工作區(qū)。隨著輸入電壓進(jìn)一步降低，該轉(zhuǎn)換器進(jìn)入升壓區(qū)。開(kāi)關(guān)A以最小升壓占空比保持接通，電感器連接到輸入，開(kāi)關(guān)C和D在輸出電容器和地之間轉(zhuǎn)換電感器的輸出側(cè)，作為同步升壓轉(zhuǎn)換器工作。

實(shí)現(xiàn)更高靈活性的其他功能

LTC3785還有其他一些功能可以提高其在便攜式應(yīng)用中的可用性，例如，需要極低靜態(tài)電流以延長(zhǎng)電池工作時(shí)間。就這類(lèi)便攜式應(yīng)用而言，該器件能夠配置成以突發(fā)模式工作，以延長(zhǎng)電池工作時(shí)間。在突發(fā)模式時(shí)，LTC3785向輸出提供能量，直到輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)以后，該器件被置于休眠狀態(tài)，對(duì)外部MOSFET的驅(qū)動(dòng)被關(guān)斷，只有關(guān)鍵電路保持有效，LTC3785消耗不到100μA電流。這期間負(fù)載電流由輸出電容器提供。當(dāng)輸出電壓下降到低于較低的穩(wěn)壓邊沿時(shí)，該器件“醒來(lái)”，并再次開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，重新給輸出電容器充電。

通過(guò)檢測(cè)和限制MOSFET A從輸入電源吸取的輸入電流，LTC3785還提供過(guò)載和短路保護(hù)。如果達(dá)到了用戶(hù)編程限流值，那么連接到RUN/SS引腳的軟啟動(dòng)電容器就被再次用做故障定時(shí)器并開(kāi)始放電。如果限流狀態(tài)持續(xù)足夠長(zhǎng)時(shí)間，該轉(zhuǎn)換器將被禁止，同時(shí)啟動(dòng)復(fù)位定時(shí)器以重啟轉(zhuǎn)換器。如果LTC3785不能重啟，而且過(guò)載狀態(tài)持續(xù)，那么這種工作模式將繼續(xù)限制總的功耗。通過(guò)向RUN/SS引腳提供一個(gè)小的電流，還可以讓該器件鎖斷而不是自動(dòng)重啟。由于外部MOSFET電阻變化，MOSFET 漏源檢測(cè)一般不是非常準(zhǔn)確。如果需要更嚴(yán)格的限流準(zhǔn)確度，可以增加電流檢測(cè)電阻。LTC3785還可以編程為實(shí)現(xiàn)全D級(jí)工作，以允許轉(zhuǎn)換器提供和吸收等于限流設(shè)置點(diǎn)的電流。這是通過(guò)確定CCM引腳上的高邏輯電平信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。

內(nèi)部P溝道低壓差穩(wěn)壓器用輸入電源電壓在VCC引腳產(chǎn)生4.35V電壓。這個(gè)電壓為驅(qū)動(dòng)器和LTC3785內(nèi)部電路供電，可以提供100mA峰值電流，該電流必須用一個(gè)最小值為4.7μF的電容器旁路到地。VCC穩(wěn)壓器可以通過(guò)肖特基二極管連接到VOUT，以提供更高的柵極驅(qū)動(dòng)電流。

最后，LTC3785含有實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)的過(guò)壓和欠壓功能以及瞬態(tài)限制。如果檢測(cè)到輸出電壓比目標(biāo)穩(wěn)壓點(diǎn)高出9.5%，那么開(kāi)關(guān)動(dòng)作停止。然后，輸出電壓將降至更安全的水平，因?yàn)闆](méi)有能量提供給輸出。一旦輸出充分下降，開(kāi)關(guān)動(dòng)作將重新開(kāi)始。在過(guò)壓情況下，該集成電路強(qiáng)制工作在固定頻率模式，而突發(fā)模式工作被禁止。

N溝道功率MOSFET選擇和解決方案尺寸

LTC3785需要4個(gè)外部N溝道功率MOSFET，兩個(gè)用于頂部開(kāi)關(guān)，另外兩個(gè)用于底部開(kāi)關(guān)。重要參數(shù)是VBR(DSS)、VGS(TH)、RDS(ON)和IDS(MAX)。驅(qū)動(dòng)電壓用4.35V VCC電源設(shè)置。就大多數(shù)輸入電壓預(yù)計(jì)低于5V的應(yīng)用而言，可以采用低邏輯柵極門(mén)限MOSFET。另外，典型LTC3785 DC/DC轉(zhuǎn)換器全部采用陶瓷輸入和輸出電容器。一個(gè)10W輸出的完整電路占板面積不到2cm×2cm，電感器是最高的器件，高度為0.32cm。