4mm x 7mm 占板面積的 IC 可產(chǎn)生 7 個穩(wěn)定輸出并提供一個能驅(qū)動兩串 LED 的驅(qū)動器

LTC3675 是一個節(jié)省空間的單芯片電源解決方案，適用于靠單節(jié)鋰離子電池運行的多軌應(yīng)用。其 4mm x 7mm QFN 封裝中含有兩個 500mA 降壓型穩(wěn)壓器、兩個 1A 降壓型穩(wěn)壓器、一個 1A 升壓型穩(wěn)壓器、一個 1A 降壓-升壓型穩(wěn)壓器、一個能以高達(dá) 25mA 驅(qū)動兩串 LED 的升壓型 LED 驅(qū)動器、以及一個為內(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 所示是一個靠單節(jié)鋰離子電池運行的 8 軌解決方案。

圖 1：通過單個 IC，可用鋰離子電池提供 8 個電源軌，其中包括一個 LED 驅(qū)動器。

開關(guān)穩(wěn)壓器的特點
    LTC3675 中的所有電壓穩(wěn)壓器都是內(nèi)部補償?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，而升壓型穩(wěn)壓器僅通過 I2C 啟動。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®) 工作以實現(xiàn)最高效率，降壓型穩(wěn)壓器還提供脈沖跳躍模式以實現(xiàn)更加能可預(yù)測的 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)壓器實現(xiàn)更強的負(fù)載電流能力
    LTC3675 中任何兩個連續(xù)編號的降壓型穩(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 的單個降壓型穩(wěn)壓器。

當(dāng)兩個降壓型穩(wěn)壓器并聯(lián)時，號碼較小的降壓型穩(wěn)壓器充當(dāng)主穩(wěn)壓器，以及控制號碼較大的從屬降壓型穩(wěn)壓器的功率級。組合降壓型穩(wěn)壓器的行為方式是通過主 (號碼較小的) 穩(wěn)壓器設(shè)定的。為了將一個降壓型穩(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)點必須一起短接到一個共用的電感器。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，以在兩個功率級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 LED 串的升壓型穩(wěn)壓器產(chǎn)生 12V 輸出。

LED 驅(qū)動器的特點
    LED 驅(qū)動器能驅(qū)動兩個 LED 串，每串的 LED 數(shù)目可多達(dá) 10 個。LED 驅(qū)動器可以另行配置為高壓升壓型穩(wěn)壓器。

當(dāng)為驅(qū)動兩個 LED 串的驅(qū)動器配置時，LED 1 或 LED 2 引腳中電壓較低的引腳是穩(wěn)定點。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。在這個電流值上，兩個 LED 串之間實現(xiàn)了好于 1% 的匹配。自動分級電路允許 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)定這個位，就設(shè)定了 50mA 的滿標(biāo)度電流。以這種模式使用時，輸出電壓限定為 20V。

LED 驅(qū)動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 12V 輸出而言，在整個輸入電壓范圍內(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，可以順序啟動穩(wěn)壓器。當(dāng)所有穩(wěn)壓器都斷開時，使能引腳門限為 650mV。一個穩(wěn)壓器一旦通過 I2C 或其使能引腳啟動，那么其余使能引腳的門限就設(shè)定為精確的 400mV。這允許實現(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，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使能引腳，以給任何單獨的穩(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)?LOW 之前，必須寫入一條 I2C 命令，以強調(diào)降壓型穩(wěn)壓器 1 的已啟動狀態(tài)。否則，當(dāng) WAKE 引腳被拉低時，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)壓器啟動排序的單串 LED 驅(qū)動器

 
圖 4：順序啟動的 4 個降壓型穩(wěn)壓器

如果 LTC3675 有一個或更多個穩(wěn)壓器已啟動，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，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)。如果某個穩(wěn)壓器被啟動，那么 ONB 變低并持續(xù)至少 50ms，并使 PBSTAT 也變低。

I²C 的特點
    I²C接口通過 11 個程序寄存器和兩個狀態(tài)寄存器提供可編程性和狀態(tài)報告。可以在任何時間讀取這些寄存器的內(nèi)容，以確保正確工作。

每個開關(guān)穩(wěn)壓器都與單個程序寄存器有關(guān)，而 LED 驅(qū)動器由兩個程序寄存器控制。UVOT 程序寄存器用來選擇 8 個預(yù)置欠壓報警門限之一和 3 個預(yù)置芯片溫度報警門限之一。

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。

錯誤情況報告 —— 利用 RSTB 引腳實現(xiàn)加電復(fù)位
    當(dāng)報告錯誤情況時，LTC3675 的 RSTB 和 IRQB 引腳被拉低，否則這兩個引腳保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。所報告的錯誤情況包括失穩(wěn)輸出電壓、輸入欠壓和過熱警報。

每個穩(wěn)壓器都有一個內(nèi)部電源良好 (PGOOD) 信號，該信號指示輸出電壓狀態(tài)。如果穩(wěn)壓器已啟動，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)動器僅當(dāng)配置為高壓升壓型穩(wěn)壓器時，才使用其 PGOOD 信號。

如果沒有屏蔽，那么 PGOOD 位變低將拉低 RSTB 引腳。錯誤情況清除以后，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誤情況，以在該錯誤發(fā)生時，不拉低 RSTB 引腳。例如，如果升壓型穩(wěn)壓器已啟動，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，使 RSTB 引腳不被拉低。

RSTB 引腳可以用來實現(xiàn)加電復(fù)位功能。某個穩(wěn)壓器啟動以后，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，允許已啟動穩(wěn)壓器的 PGOOD 信號拉低 RSTB 引腳。

當(dāng)發(fā)生錯誤時，IRQB 引腳也被拉低，并保持低電平，即使錯誤狀況得到糾正也不變。IRQB 引腳是利用 I2C 命令清除的。除了報告不良的穩(wěn)壓器輸出電壓，如果超過輸入欠壓或過熱報警門限二者之一，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 引腳被拉低的錯誤情況。輸入欠壓警報和過熱警報不可屏蔽。

實時狀態(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)錯誤情況改變時，實時狀態(tài)寄存器中錯誤報告位的狀態(tài)也隨之改變。當(dāng)未屏蔽錯誤情況發(fā)生時，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，清除鎖存狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容。

輸入欠壓故障報警和停機
    LTC3675 能在輸入電壓低至 2.7V 時工作。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或進(jìn)入低功率狀態(tài)。LTC3675 提供一個輸入欠壓報警信號，其門限可通過 I2C 設(shè)定為 8 個電平之一。當(dāng)輸入電壓降至設(shè)定的門限電壓時，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。

過熱故障報警和停機
    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，總的效率損失也會產(chǎn)生熱量，這會提高芯片的溫度。為了保護(hù)芯片和其他組件，LTC3675 提供 4 個可通過 I2C 選擇的芯片溫度報警門限。當(dāng)芯片溫度超過選定的報警門限時，IRQB 引腳拉低。如果有警報，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，那么所有已啟動的穩(wěn)壓器都停機，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電源軌的應(yīng)用。6 個穩(wěn)壓器加上一個驅(qū)動兩個 LED 串的驅(qū)動器，使 LTC3675 有別于同類電源管理解決方案。可通過 I2C 編程以及故障報告使設(shè)計師能以高效率使用電池功率，從而最大限度地延長電池運行時間，同時還可實現(xiàn)熱量管理。LTC3675 采用節(jié)省空間的 4mm x 7mm QFN 封裝。