LTC3112延长电池运行时间和处理多个输入源的理想解决方案

耗电的手持设备和工业仪器通常需要多节电池或高容量电池来支持其不断增长的处理需求。宽电压范围、高效率降压-升压 DC/DC 转换器是延长电池运行时间和处理多个输入源的理想解决方案。LTC®3112 是一款能够 2.2V 至 15V 输入的 2.5A 降压-升压型转换器。扩展的电压范围允许从各种电源（如一个、两个或三个锂离子电池、铅酸电池、超级电容器、USB 电缆和墙上适配器）转换为编程在 2.5V 和 14V 之间的输出电压。

LTC3112 采用最新一代的降压-升压型 PWM 控制方案，在跨越降压和升压操作之间的障碍时有效地消除了抖动。电流限制、过压保护、热关断和短路保护等保护措施可在恶劣环境中提供稳健的操作。

对于元件尺寸或转换效率至关重要的苛刻应用，LTC3112 的 750kHz 默认开关频率可在 300kHz 和 1.5MHz 之间同步。对于需要控制或测量输出电流的设计，可以使用输出电流监视器引脚。可选择的突发模式操作可延长电池供电设备空闲时的使用寿命。

图 1 所示的基于 LTC3112 的转换器能够以一个 12V 输出产生 30W 的功率。解决方案占地面积小于200mm2，这是基于控制器的降压-升压或具有类似功率水平的复杂双电感SEPIC设计无法比拟的。主要的外部元件仅限于输入和输出滤波器电容以及功率电感器。LTC3112 采用耐热性能增强型 16 引脚 4mm × 5mm DFN 或 20 引脚 TSSOP 封装。

图1.基于 LTC3112 的 30W 解决方案。

从多个输入源操作

LTC3112 的宽工作范围允许器件由多个输入电源供电。图 2 示出了 LTC4412 PowerPath 控制器 （TSOT-23 封装） 在两个输入电源之间提供低损耗选择的应用。LTC4412 在所选的 P 沟道 MOSFET 两端维持一个 20mV 正向电压，从而将损耗降至最低。在此电路中，LTC4412 自动将单节锂离子电池或 12V 墙上适配器中的较大者切换到 LTC3112 的输入。

图2.LTC4412 PowerPath 控制器选择最高电压输入来为 LTC3112 转换器供电。

基于两个输入源的效率曲线如图3所示。任一输入均可实现大于 90% 的峰值效率。可选突发模式操作（虚线）具有 50μA 的典型睡眠电流，扩展了高效率操作，可承受超过 20 倍的负载电流。

图3.单个锂离子电池 （3.6V） 或墙上插头 （12V） 的输出效率为 5V。

前馈网络 （CFF， RFF图2）连接之间的V型在FB 引脚在施加墙上适配器电压时提供改进的瞬态响应。通过首先测量COMP处电压变化（V）来选择前馈值在从 3.6V 转换到 12V。在COMP处观察到380mV的变化，V的最佳值在和 RFF现在可以按如下方式计算：

V外在 15μs 转换期间，采用 47μF 输出电容 （图 4） 和 500mA 负载时，调节率保持在 300mV 或 6% 以内。一个下降的V在边缘速度慢约 10 倍，因此瞬态更小。

图4.3.6V至12V输入阶跃和产生的V外短暂的。

采用图2补偿元件的3.6V输入、5V输出负载阶跃响应如图5所示。在这种情况下，250mA至1A负载阶跃仅产生250mV的瞬态电压。外采用一个 47μF 输出电容器。图 4 和图 5 说明了如何配置 LTC3112 的环路响应，以提供对输入电压和输出电流负载阶跃的出色响应。

图5.250mA至1A负载阶跃和产生的V外短暂的。

5V 备用电源

为了保护数据，某些数据系统在主电源发生故障时需要很短的时间备份数据。一组超级电容器通常用于提供所需的能量爆发。LTC3112 的宽输入电压范围以及降压或升压能力使其成为此类应用的理想选择，如图 6 所示。

图6.用于 5V 电源轨的备用电源运行低至 V在= 2.2V。

在该电路中，一堆总功率为22mF的超级电容器在主电源处于活动状态时充电至15V。并联放置一个较低的 ESR 电解或陶瓷电容，以最小化 Vcc在脉动在本例中，电源引脚由 5V 输出反向驱动，因而允许 LTC3112 的栅极驱动电路在采用一个低至 15V 至 2.2V 的输入电压时高效运作。输入端的可用能量由下式给出：

备份事件的结果如图 7 所示。来自 V 的电阻网络在， V外GND 用于驱动 RUN 引脚，以提供 V 的干净关断外.在本例中，从LTC3112汲取一个恒定的250mA负载，从而产生V在电容器保持稳压1.7秒，平均转换效率为88%，包括超级电容器损耗。

 

图7.电源备用事件期间的超级电容放电性能。

前面的示例可以根据超级电容器的额定电压和备用所需的能量轻松扩展。我外引脚（图6）可由ADC监控，以测量备份事件期间的负载电流。设计中的一个重要考虑因素是降压-升压转换器的最大输出电流能力。如图 8 所示，LTC3112 能够在 V在>> V外.当转换器从降压模式转换到升压模式时，最大负载电流相应下降。

图8.最大输出电流与VIN的关系 VOUT = 5V and VCC back-fed

总结

LTC3112 可在一系列需要扩展的输入或输出电压范围的应用中产生低噪声降压-升压转换。LTC3112 支持大负载电流的能力使其成为具有更高处理能力的手持设备的理想选择。解决方案尺寸和转换效率得益于 50mΩ N 沟道 MOSFET 开关和耐热增强型封装。为了提供更长的运行时间，低突发模式静态电流可在数十年的负载电流内扩展高效率。诸如同步开关频率、可编程输出电压、负载电流监视器和外部环路补偿等特性使得 LTC3112 能够针对特定应用进行定制。

审核编辑：郭婷