多功能降压-升压转换器可在各种应用中提供高效率

微型硬盘驱动器是一种流行的存储介质，用于存放在最新便携式电子设备中的 MP3 音乐文件、数码照片和其他数据。同样，锂离子电池在这些相同的设备中也很受欢迎，这带来了一个小问题，因为迷你磁盘驱动器通常需要3.3V电源，这正好处于锂离子电池工作范围（3.0V至4.2V）的中间。这就要求转换器既能使充满电的锂离子电池降压，又能在放电至3.3V以下时将同一电池升压。

LTC®3442 是一款 1.2A 降压-升压型转换器，非常适合微型磁盘驱动器应用，当然也适用于其他降压-升压型应用。LTC3442 以 95% 的效率延长了电池寿命，并采用其 3mm × 4mm DFN 封装适合狭小空间。它以以前的LTC降压-升压产品为基础，增加了可编程自动突发模式操作、开关频率和平均输入电流限制。

特征

LTC3442 降压-升压型转换器采用与 LTC3440 和 LTC3441 相同的固定频率、四开关架构，因而允许其使用单个电感器来调节输出电压，其输入电压可大于或小于输出。这为锂离子至3.3V应用提供了出色的解决方案，与SEPIC设计相比，具有更高的效率、更小的尺寸和更低的成本。可编程自动突发模式操作使转换器无需外部干预即可更改工作模式，从而在便携式应用中获得最佳效率。从固定频率 PWM 模式到突发模式操作的转换点可通过单个电阻轻松设置。此外，可编程平均输入电流限制允许用户限制从电源汲取的电流。此功能在允许电流消耗限制为最大500mA的USB应用中非常有用。四个内部 100mΩ MOSFET 开关即使在高达 3A 的峰值电流下也能提供高效率。可编程开关频率和软启动为许多不同的应用提供了灵活性。输出断开，可防止 V 之间出现任何不需要的电流流动在和 V外在正常工作或关断期间，是 4 开关架构的固有特性。

具有自动突发模式操作的 4W、锂离子至 3.3V 转换器非常适合动态负载应用

典型的锂离子至3.3V应用电路如图1所示。它提供高效、稳压良好的 3.3V 输出功率，电流高达 1.2A，纹波非常低，即使电池电压从 4.2V 到低于 3V 的变化也是如此。自动突发模式功能使其即使在负载变得非常轻时也能保持高效率。这非常适合便携式设备中的微型磁盘驱动器等应用，这些应用在启动期间需要高达一安培的电流，在读写周期中需要几百毫安的电流，但在空闲时间或设备进入睡眠状态时需要的电流要小得多。图2显示了转换器效率，峰值为95%。当输入电压降至3.3V以下时保持稳压，可以使用电池中的所有能量。它还允许转换器在负载瞬变期间保持稳压，此时电池ESR可能导致输入电压暂时降至3.3V以下。相反，当电池电压接近或降至3.3V以下时，降压型设计会失去输出调节。

图1.锂离子至 3.3V 转换器提供 1.2A 电流，并具有自动突发模式操作。

图2.图1中转换器的效率与负载的关系。

自动突发模式操作允许转换器随着负载电流的变化而改变工作模式，从而保持高效率，而无需主机发出任何命令。通过镜像一小部分输出电流并将其平均在BURST引脚上，产生与平均负载电流成比例的电压。当该电压超过1.12V的内部门限时，转换器工作在固定频率模式。当突发电压降至0.88V门限以下时，转换器转换到突发模式操作。因此，提高突发引脚上的电阻值会降低进入突发模式时的负载电流（不建议使用高于 250K 的值）。（请注意，主机可以随时手动控制工作模式，方法是将突发引脚驱动在这些阈值以上或以下。

LTC3442 的另一个特性是自适应保持电路，该电路可在突发模式操作期间将 VC 引脚和补偿网络充电至正确的电压，以实现平稳转换回固定频率操作。图3显示了转换器根据负载增加自动从突发模式操作切换到固定频率模式时的输出电压。如果需要，可以通过将突发引脚驱动为高电平（用于固定频率操作）或低电平（用于突发模式操作）来强制工作模式。

图3.突发模式操作和固定频率操作之间自动转换期间的输出电压。

1MHz USB 至 5V 转换器，具有平均输入电流限制

越来越多的便携式电子设备和计算机外围设备使用USB电源运行。虽然这对用户来说很方便，但它给USB供电设备的设计人员带来了一些挑战。主机的稳压器容差，加上总线供电集线器和USB电缆中的压降，导致USB电缆末端的5V调节不良，从4.35V到5.25V不等（瞬态低至4.0V）。图 4 示出了一款扁平 （1.2mm）、USB 至 5V 转换器，该转换器采用 LTC3442 来实现高功率总线供电型功能。它接受稳压不良的 USB 输入，并提供 5V 和 2% 调节和小于 20mV 的电压P–P脉动。图5显示了该电路在线路和负载瞬变期间保持严格稳压的能力。在本例中，阶跃负载导致USB供电电流增加400mA，导致USB输入电压下降600mV，而V外仅表现出60mV干扰。

图4.具有平均输入电流限制的 5V 转换器，适用于 USB 应用。

图5.图4中USB转换器的阶跃负载调节。

转换器效率在92MHz时高达1%，如图6所示。请注意，在本例中，突发引脚被拉高以实现固定频率操作。

图6.图5中4V USB转换器的效率与负载的关系。

对USB总线用户的限制之一是最大允许电流消耗为500mA。为了保证不超过此限制，USB供电的解决方案通常采用额外的限流电路，从而增加尺寸和成本。LTC3442 通过包括一个可编程平均输入电流限值解决了这一问题，该限值的工作原理是镜像输入电流的一小部分，并使用一个外部 RC 网络在 RLIM 引脚上将其平均。RLIM电压也连接到一个具有1V基准的内部放大器。当RLIM电压达到1V时，放大器箝位VC引脚，根据需要降低输出电压，以防止输入电流进一步增加。在图4示例中，发生过载时，输入电流被限制在500mA以下。电流限制响应时间由RLIM引脚上的滤波电容设定。图7显示了电路对过载的响应，V为V外像我一样下降外增加，USB 输入电流被钳位至 0.5A。

图7.USB转换器的输入电流限制过载响应。

在此应用中，需要肖特基二极管来限制开关节点上的峰值电压，并提供小幅的效率改进。请注意，由于二极管是背靠背的，因此 LTC3442 的输出断接功能得以保持。首次连接电缆时，与输入滤波电容器串联的电阻可抑制输入电容器与USB电缆电感谐振引起的任何振荡或过冲。仅当使用陶瓷输入电容器时，才需要此阻尼电阻。使用钽电容器时，电容器的ESR提供阻尼，无需外部电阻。

高效率、恒流白光LED驱动器

大电流白光LED正被用于许多新应用，包括手机摄像头的闪光灯。这些应用需要小型、高效率的解决方案，能够提供稳定的LED电流，可能需要设置在几百毫安到超过1A的任意位置，同时由锂离子电池供电。对于典型的白光LED电压范围为3V至4V，需要降压-升压转换器来最大限度地延长锂离子电池的使用寿命。

大多数 LED 驱动器必须使用电流检测电阻来调节 LED 电流。这种方法会降低效率，并需要增加电路板空间，因为电阻的尺寸必须能够处理LED中的高峰值电流。图 8 显示了针对此应用的独特解决方案，其中 LTC3442 配置为一个固定频率恒定电流源。通过利用 BURST 引脚上的输出电流镜（通常用于自动突发模式操作），无需电流检测电阻。在此应用中，反馈环路在检测的平均输出电流而不是输出电压上闭合。通过基本无损电流检测，可实现94%的效率，如图9所示。通过改变 BURST 引脚上的电阻，可以轻松设置或快速更改 LED 电流，就像在脉冲闪光灯中一样。它也可以通过关断输入打开和关闭。图10显示了闪存应用中对脉冲输入的响应。整个解决方案只有2mm高。

图8.适用于锂离子电池供电应用的恒流白光 LED 驱动器。

图9.图8所示大电流LED驱动器的效率与负载的关系。

图 10.图8中LED恒流驱动器在闪光灯应用中的阶跃响应。

该电路还具有过压保护功能，可在 LED 电流路径开路时防止输出电压过高。通过将 RLIM 引脚连接到 V 上的电阻分压器外，RLIM 输入用作具有 1.0V 基准的过压比较器。将RLIM提升到1.0V以上会下拉VC引脚，从而限制输出电压。通过使分压电阻的值相对较小，输入电流镜向RLIM提供的电流对过压阈值的影响可以忽略不计。

结论

凌力尔特的 LTC3442 同步降压-升压型转换器具有自动突发模式操作和可编程输入电流限制功能，简化了各种应用中的系统电源设计。降压-升压架构和 100mΩ 内部开关提供具有高电流能力的稳健、高效率解决方案，而自动突发模式功能可最大限度地延长负载要求变化很大的便携式锂离子电池供电设备的运行时间。可编程软起动和开关频率以及外部补偿使 LTC3442 成为一种非常灵活的解决方案。3mm × 4mm DFN 封装的高集成度，以及使用扁平电感器和全陶瓷电容器在超过 1MHz 的速率下高效工作的能力，有助于设计人员节省宝贵的电路板空间，并满足当今微型便携式应用的严格高度要求。

审核编辑：郭婷