USB兼容鋰離子電池充電器和雙降壓穩(wěn)壓器的單芯片解決方案

MP3播放器等手持設(shè)備制造商一直在尋求減小系統(tǒng)尺寸和成本，即使它們提高了性能和功能。唯一的方法是集成IC級別的功能。對于由單節(jié)鋰離子電池供電的應(yīng)用，LTC3559 提供了一種單芯片解決方案，可在為一節(jié)鋰離子電池充電的同時高效地產(chǎn)生兩個電源電壓軌來為該器件供電。

LTC?3559 是一款 USB 兼容型電池充電器和兩個單片式同步降壓型穩(wěn)壓器，集成在一個扁平的 3mm × 3mm 16 引腳 QFN 封裝中。電池充電器具有獨立電池充電器可能提供的所有功能，例如用于溫度合格充電的NTC輸入，內(nèi)部定時器終止和電池不良檢測。采用恒流/恒壓算法為電池充電。只需在PROG引腳上安裝一個電阻即可設(shè)置高達(dá)950mA的充電電流。HPWR 輸入提供了提供 100% 或 20% 編程充電電流的靈活性。對于采用 USB 電源工作的應(yīng)用，充電電流可按照 USB 規(guī)格編程為 100mA 或 500mA。

兩個降壓穩(wěn)壓器具有電流模式架構(gòu)，可提供對負(fù)載階躍的快速響應(yīng)。為了滿足各種應(yīng)用的噪聲和功率要求，降壓穩(wěn)壓器可在突發(fā)模式或脈沖跳躍模式下工作。降壓穩(wěn)壓器還具有軟啟動功能，可防止啟動時產(chǎn)生較大的浪涌電流。

在高負(fù)載電流下，降壓穩(wěn)壓器作為恒定頻率PWM控制穩(wěn)壓器工作。在輕負(fù)載電流下，當(dāng)電感電流不允許反轉(zhuǎn)時，脈沖跳躍是開關(guān)穩(wěn)壓器的正常行為。

為了提高輕負(fù)載條件下的效率，LTC3559 提供了突發(fā)模式操作。在突發(fā)模式操作時，降壓穩(wěn)壓器根據(jù)負(fù)載電流在固定頻率 PWM 控制或遲滯控制之間自動切換。在輕負(fù)載時，穩(wěn)壓器具有一個輸出電容充電階段，然后是一個睡眠階段。在休眠階段，大多數(shù)降壓穩(wěn)壓器的電路都關(guān)斷，從而節(jié)省了電池電量。隨著負(fù)載電流的增加，休眠時間減少到降壓穩(wěn)壓器切換到恒定頻率PWM工作模式的程度，相當(dāng)于較高輸出電流下的脈沖跳躍模式。

圖 1 示出了采用三個電阻器進(jìn)行 NTC 輸入偏置的 LTC3559。3電阻偏置使用戶能夠靈活地對電池上限和下部溫度點進(jìn)行編程，這些溫度點被認(rèn)為可以安全充電。在本例中，NTC熱跳變點和冷跳變點分別設(shè)置為約55°C和0°C。

圖1.全功能 USB 電池充電器和雙降壓穩(wěn)壓器集成在一個 3mm × 3mm IC 中。

其中一個降壓穩(wěn)壓器的輸出端設(shè)置為3.3V。當(dāng)BAT引腳電壓接近3.3V時，降壓穩(wěn)壓器工作在壓差狀態(tài)。CHRG 引腳上的 LED 可直觀地指示電池充電狀態(tài)。

圖 2 示出了與圖 1 所示類似的實際電路，說明了構(gòu)建功能齊全的 LTC3559 應(yīng)用所需的電路板空間非常小。圖3顯示了與脈沖跳躍模式相比，輕負(fù)載下的突發(fā)模式操作效率要高得多。

圖2.一個USB電池充電器和兩個足夠小的降壓穩(wěn)壓器，可以安裝最新的手機、PDA和MP3播放器。

圖3.降壓穩(wěn)壓器效率。

通過驅(qū)動一個降壓穩(wěn)壓器上的使能引腳和另一個降壓穩(wěn)壓器的輸出，可以為降壓穩(wěn)壓器輸出構(gòu)建基本的時序控制器功能。為了正常運行，BAT 和 PV在別針必須綁在一起。如果在電池充電時啟用降壓穩(wěn)壓器，則電池充電的凈電流將低于實際編程值。圖 4 有助于解釋此方案。BAT引腳提供的電流為500mA。兩個降壓穩(wěn)壓器均使能。兩個降壓穩(wěn)壓器吸收的平均輸入電流之和為200mA。這使得有效電池充電電流僅為300mA。如果HPWR引腳連接為低電平，則BAT引腳電流僅為100mA。在降壓穩(wěn)壓器條件不變的情況下，這將導(dǎo)致電池以100mA放電。

圖4.電池充電的凈電流取決于降壓穩(wěn)壓器的工作模式。

結(jié)論

LTC3559 非常適合于空間受限的應(yīng)用，這些應(yīng)用由單節(jié)鋰離子電池供電，并且需要多個電源軌。高開關(guān)頻率允許使用小型扁平外部電感器。高效率降壓穩(wěn)壓器和突發(fā)模式操作相結(jié)合，可最大限度地延長電池壽命，延長充電周期之間的電池工作時間。

審核編輯：郭婷