消費者手持設備中最流行的電池解決方案之一是古老的雙電池AA(堿性或鎳氫)電源，特別是在GPS導航儀、數碼相機和MP3播放器中。AA電池很容易獲得，成本相對較低，功率密度高。這些便攜式設備中有許多都配有插件式墻壁適配器，并提供USB總線(用于數據傳輸)。USB總線也可以用來供電。問題是如何在這三種不同類型的電源之間無縫切換:2節AA，墻壁和USB。解決方案是LTC3456。

LTC3456是一款完整的系統電源IC，可無縫管理交流墻壁適配器、USB和2-AA電池之間的電源流，同時符合USB電源標準——所有這些都采用4mm × 4mm QFN封裝(圖1)。該器件產生兩個獨立的電源軌:3.3V(固定)主電源和1.8V(可調)核心電源。此外，LTC3456包含一個功能齊全的USB電源管理器，一個用于為存儲卡供電的熱插拔輸出和一個適合用作低電池比較器或LDO控制器的未提交增益塊。該設備還產生一個始終活躍的V(MAX)輸出，適合為實時時鐘等關鍵模塊供電，即使在關機期間也需要保持活躍。

關于LTC3456

LTC3456包含四個高效率的1MHz固定頻率開關穩壓器，工作效率高達92%。圖2顯示了一個典型的LTC3456應用程序。在便攜式應用中使用的大多數處理器需要雙電源電壓。這些電壓可以是I/O電路的3.3V和處理器核心的1.5V或1.8V。此外，處理器可能要求電源以特定順序啟動，以防止處理器鎖存或不當啟動。通常內核供電必須在I/O供電之前出現。

LTC3456的核心和主輸出內置電源排序。在上電時，V(INT)輸出，一個固定的3.3V電源，是第一個上電。它為大部分內部電路供電。該輸出的外部長值應該是有限的(有關詳細信息，請參閱LTC3456數據表)。核心輸出，從0.8V到1.8V可調，接下來是V(主)輸出。V(主)輸出，一個固定的3.3V電源，在核心輸出進入調節后，以0.8ms(類型)的延遲上電。V(MAIN)輸出通過內部0.4歐姆 (type) PMOS開關從V(INT)輸出產生，可用于為I/O電路供電。0.8ms的延遲使處理器有足夠的時間在外圍電路上電之前穩定系統時鐘和加載內部寄存器。

LTC3456產生一個核心輸出，從0.8V到1.8V可調，適用于為新的低壓處理器(ARM和其他)供電。LTC3456控制方案允許核心輸出100%占空比操作。當核心輸出由電池供電時，它提供低差操作，從而延長電池壽命。當由電池供電時，主轉換器和核心轉換器都提供突發模式操作(Mode引腳可選)，從而在輕負載下實現高效率，如圖3所示。當由電池供電時，Core轉換器的效率超過92%。當從USB/墻壁電源供電時，突發模式操作被禁用。圖4顯示了從USB供電時的系統效率。當從USB供電時，主轉換器達到高達90%的效率。

LTC3456有一個內置的熱插拔輸出，適合為閃存卡供電。熱插拔輸出具有短路和反向電壓阻斷能力。它允許存儲卡熱插拔進入和退出系統。它有一個內置的120mA(類型)電流限制，適合為閃存卡供電。

LTC3456具有主輸出和核心輸出的短路保護功能。它還為除V(MAX)輸出外的所有輸出提供輸出斷開。在關機時，核心，主和熱插拔輸出都被放電到地。V(MAX)輸出是V(BATT)、V(INT)、V(EXT)和USB電壓中最高的。該輸出可用于提供最大1mA輸出電流。即使在IC關閉時，V(MAX)輸出也保持活躍，并且適合像實時時鐘一樣向關鍵系統塊供電。

PowerPath控制

LTC3456包含專有的PowerPath控制方案，可以無縫地將系統電源從2-AA電池切換到USB/墻壁電源，反之亦然。圖5顯示了內部電源路徑的簡化框圖。交流適配器和USB總線通過V(EXT)引腳向開關穩壓器供電。LTC3456包含一個全功能的USB電源管理器，通過USBHP和SUSPEND引腳的狀態來控制來自USB引腳的電源流。根據USBHP引腳的狀態，通過USB引腳的電流被精確地限制在100mA或500mA。所有USB功能都可以通過將SUSPEND引腳拉高來禁用。

當2aa電池電壓(1.8V至3.2V)必須提升以產生3.3V輸出，USB/墻壁電源(4V至5.5V)必須降壓以產生相同的電壓時，DC-DC轉換是一項特別具有挑戰性的任務。LTC3456通過BOOST和BUCK2轉換器完成這項任務。這是產生3.3V電源軌的最有效的方法。當從電池或USB/墻壁適配器產生3.3V輸出時，LTC3456的效率大于90%。核心輸出(1.8V)通過BUCK1 (USB/墻壁供電)和BUCK3(電池供電)轉換器產生。LTC3456的獨特拓撲結構通過單個電感產生1.8V導軌，從而節省成本和空間。當電池產生1.8V輸出時，效率大于92%。LTC3456的各種工作模式如表1所示。

便攜式設備需要從電池電源無縫切換到USB或墻壁電源，反之亦然，以確保系統平穩運行。例如，用戶在連接USB線的便攜式MP3播放器上播放音樂。如果USB連接線突然從設備上拔掉，用戶應該能夠繼續聽音樂而不會受到任何干擾。LTC3456通過系統電源的無縫切換使其成為可能。圖6顯示了圖2電路的USB和2- aa電池電源切換波形。當Suspend引腳從低到高時，USB電源不可用。主輸出和核心輸出在切換時均顯示小于±2%的總偏差，從而無縫切換到處理器核心和外圍電路。

易于與微處理器接口

LTC3456簡化了與微處理器的接口任務。PWRON, PWRKEY, PBSTAT和重置引腳為處理器提供所有必需的系統信息，并簡化電源排序。PWRON, PWRKEY和PBSTAT鍵簡化了有序上電和關閉IC的任務。該數據表包含時序圖，并給出了有關其操作的詳細信息。

LTC3456還包含上電復位電路(通過引腳訪問)重置)，在上電和關機期間都處于活動狀態。上電復位需要使處理器在上電時處于復位狀態，并且必須使處理器在所有系統電源穩定之前不開始操作。LTC3456的內建上電復位電路監測V(INT) (3.3V)和Core (1.8V)電壓，并通過接口到處理器重置銷。的重置在初始上電期間引腳保持低電平。當主輸出和核心輸出都進入調節時，復位延遲定時器被激活。之前有一個完整的262ms超時重置被釋放，處理器被允許從復位狀態中出來并開始運行。262ms的超時延遲為處理器初始化內部寄存器/ ram提供了足夠的時間。在斷電期間重置別針又拉低了。這防止微處理器進入任何隨機操作模式。

圖7顯示了圖2電路在電池供電模式下的上電和下電波形。的重置當電池或外部供電時，電路的工作原理類似。的重置在V(CORE)進入調節后，引腳保持低延遲262ms。當IC關斷時，V(MAIN)和V(CORE)輸出都與輸入電源斷開并放電到地。這可以防止輸出被卡在不確定的邏輯電平狀態，并對微處理器的操作產生不利影響。它還確保在上電期間輸出以可預測的方式上升。

電壓監測

LTC3456具有片上增益塊，可用于低電量檢測，低電量跳閘點由AIN引腳的兩個電阻設置(圖2)。AIN的標稱電壓為0.8V。AO引腳是一個開漏邏輯輸出，當引腳AIN的電壓低于0.8V時，它就會吸收電流。增益塊也可以配置為驅動外部PNP或PMOS晶體管以產生輔助電壓。

此外，LTC3456具有板載電壓比較器電路，用于檢測USB或墻壁電源的存在，并具有狀態輸出EXT_PWR銷。的開漏邏輯輸出EXT_PWR可下沉至5mA，適合驅動外部LED。板載電壓檢測器連續監測USB電壓和交流適配器電壓的狀態(通過WALLFB引腳)。只要USB或墻壁電源可用并處于調節狀態，即可使用EXT_PWR大頭針拉低了。

便攜式GPS導航電源

如今的便攜式GPS導航儀使用兩節AA電池或一個交流適配器，并配有USB總線(用于數據傳輸)。長電池壽命和小系統尺寸是對電源的關鍵要求。GPS導航儀中使用的微處理器通常需要至少兩種不同的電壓供應:通常3.3V用于I/O電路，1.5V或1.8V用于處理器核心。導航器可能還需要一個輔助2.8V電源電壓來偏置LCD顯示控制器IC。

圖8展示了一個完整、緊湊、高效的便攜式GPS導航電源。V(MAIN)(固定3.3V)為I/O電路提供電源。處理器核心的電源V(core)設置為1.8V，可以通過改變反饋電阻比來調節。3.3V熱插拔輸出為flash存儲卡供電。LTC3456包含一個未分配增益塊(引腳AIN和AO)，可用作低電量指示器或LDO控制器。圖8中的電路顯示增益塊被用作帶外部PNP的LDO，從主輸出產生輔助2.8V輸出電壓。輔助2.8V電源用于為LCD控制器IC供電。LTC3456的V(MAX)輸出即使在關機時也保持活躍，并用于為實時時鐘供電。

結論

LTC3456是一款完整的系統電源管理IC，可無縫管理交流適配器、USB電纜和2-AA電池電源之間的電源流。集成USB電源管理器、高效DC-DC轉換器、熱插拔控制器和低電量指示燈等眾多功能被壓縮到4mm × 4mm QFN封裝中。外部組件數量和整體系統成本被最小化。簡單，設計靈活性，高集成度和小尺寸使LTC3456成為許多便攜式USB設備供電的理想選擇。