LTC3567EUF：高效USB電源管理與1A升降壓轉(zhuǎn)換器的技術(shù)剖析

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定且功能豐富的電源管理芯片至關(guān)重要。本文將深入探討Linear Technology的LTC3567EUF芯片，它集成了USB電源管理、鋰離子電池充電以及1A升降壓調(diào)節(jié)等多種功能，是一款極具應(yīng)用價(jià)值的電源管理解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

二、工作原理

2.1 整體架構(gòu)

LTC3567EUF由6個(gè)功能模塊組成，包括USB電源管理器、預(yù)調(diào)節(jié)器、電池充電器、理想二極管、1A升降壓DC/DC調(diào)節(jié)器和I2C接口，各模塊協(xié)同工作。

2.2 USB電源管理器

用于管理LTC3567EUF系統(tǒng)對(duì)USB接口呈現(xiàn)的負(fù)載?？赏ㄟ^(guò)改變CLPROG電阻（R2）以及使用I2C接口將工作模式設(shè)置為1X、5X或10X來(lái)編程負(fù)載電流。

2.3 預(yù)調(diào)節(jié)器

是一個(gè)高效的降壓調(diào)節(jié)器，在VOUT端產(chǎn)生等于電池電壓加0.3V的電壓。與線性充電器相比，通過(guò)將充電器兩端的電壓降低到0.3V，大大降低了充電器的功耗。

2.4 電池充電器

先以恒流模式工作，直到電池電壓升至約4.2V的浮充電壓，然后切換到恒壓模式。充電電流由PROG電阻（R3）編程，在DC1140A上，使用2.00kΩ電阻將充電電流設(shè)置為500mA。此外，它還實(shí)現(xiàn)了涓流充電（適用于初始電池電壓低于2.85V的情況）、4小時(shí)充電終止超時(shí)和30分鐘壞電池充電超時(shí)。通過(guò)NTC輸入確定電池溫度是否適合充電。充電器的狀態(tài)和任何故障通過(guò)CHRG引腳發(fā)出信號(hào)。

2.5 理想二極管

由內(nèi)部使用片上MOSFET實(shí)現(xiàn)的理想二極管以及允許使用并聯(lián)外部MOSFET的MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器組成。當(dāng)VOUT上的電壓比BAT端的電壓低超過(guò)15mV時(shí)，理想二極管激活，例如在VBUS不存在或VOUT上的負(fù)載超過(guò)VBUS可用功率時(shí)。

2.6 1A升降壓DC/DC調(diào)節(jié)器

提供可高于或低于輸入電壓的穩(wěn)壓輸出。電池電壓范圍從浮充電壓（4.2V）到低至2.5V，升降壓調(diào)節(jié)器可在整個(gè)電池電壓范圍內(nèi)提供3.3V的穩(wěn)壓輸出。采用全H橋開(kāi)關(guān)和專(zhuān)有控制算法實(shí)現(xiàn)。

2.7 I2C接口

是一個(gè)100kHz的只寫(xiě)串行接口，可通過(guò)內(nèi)部4位DAC控制USB輸入電流限制、電池充電器的開(kāi)關(guān)、升降壓調(diào)節(jié)器（VOUT1）的開(kāi)關(guān)、升降壓調(diào)節(jié)器的工作模式以及升降壓輸出電壓。

三、應(yīng)用信息

3.1 USB過(guò)沖問(wèn)題

一些USB電纜中的寄生電感可能導(dǎo)致VUSB電壓在插入時(shí)過(guò)沖。建議在電路板上添加由C1、R1和C2組成的網(wǎng)絡(luò)來(lái)抑制這種過(guò)沖。雖然乍一看C1 + C2可能超過(guò)VUSB上電容負(fù)載的USB規(guī)范，但對(duì)于大多數(shù)具有X7R/X5R電介質(zhì)的MLCC電容器，在5V直流偏置下電容將低于4.7μF。

3.2 電池充電器接地阻抗

電池充電器需要低接地阻抗，當(dāng)連接電池時(shí)通常滿(mǎn)足此條件。如果使用電池模擬器或接地阻抗高于0.5Ω，建議使用C7和R14 - 16組成的電路。

3.3 升降壓調(diào)節(jié)器補(bǔ)償

升降壓調(diào)節(jié)器應(yīng)使用III型補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償，因?yàn)榻祲?、升降壓和純升壓區(qū)域的操作具有不同的極點(diǎn)/零點(diǎn)和PWM增益，特別是升降壓和純升壓區(qū)域有一個(gè)右半平面零點(diǎn)，需要進(jìn)行相應(yīng)處理。建議在所有三個(gè)操作區(qū)域（最小和最大負(fù)載）驗(yàn)證穩(wěn)定性。

3.4 引腳控制

/CHRGEN和EN1引腳與I2C通道的相應(yīng)位進(jìn)行線或操作。因此，如果它們?yōu)楦唠娖?，電池充電器將被禁用，VOUT1將被啟用，無(wú)論I2C位的狀態(tài)如何。如果需要通過(guò)I2C位控制電池充電器和VOUT1，請(qǐng)確保這些引腳保持低電平。

四、軟件GUI

DC1140A演示電路可以通過(guò)軟件GUI進(jìn)行控制。LTC3567EUF的大多數(shù)功能只能通過(guò)I2C通道訪問(wèn)。當(dāng)QuickEval程序運(yùn)行且DC590連接DC1140A并連接到USB電纜時(shí)，“LTC3567”表單應(yīng)自動(dòng)彈出并完全可操作。軟件GUI提供了以下功能：

• 寄存器顯示：寄存器A和寄存器B顯示I2C A和B寄存器的當(dāng)前值，僅供編程參考，不可寫(xiě)入。
• 更新按鈕：強(qiáng)制立即更新I2C寄存器。
• 自動(dòng)更新按鈕：默認(rèn)啟用，當(dāng)有任何更改時(shí)，I2C通道將自動(dòng)更新。
• 電池充電器按鈕：默認(rèn)啟用，用于啟用或禁用LTC3567中的電池充電器。
• VOUT1按鈕：用于啟用或禁用VOUT1，但僅在EN1引腳保持低電平時(shí)有效。
• 升降壓調(diào)節(jié)器模式設(shè)置：設(shè)置升降壓調(diào)節(jié)器的工作模式。
• 升降壓調(diào)節(jié)器滑塊：通過(guò)調(diào)整參考DAC控制升降壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓。
• 反饋電阻更改：可更改升降壓調(diào)節(jié)器的反饋電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)，更改的信息會(huì)保存，可通過(guò)“恢復(fù)默認(rèn)值”按鈕恢復(fù)出廠值。需要注意的是，升降壓調(diào)節(jié)器在2.75V以下的操作必須明確啟用。

五、快速啟動(dòng)程序

在開(kāi)始操作之前，需先完成Linear Technology網(wǎng)站上Demo Circuit 590快速啟動(dòng)指南中概述的快速啟動(dòng)程序。使用短雙絞線進(jìn)行電源連接，所有負(fù)載和電源關(guān)閉。操作步驟如下：

1. 將EN1（JP1）設(shè)置為“OFF”，/CHRGEN（JP4）設(shè)置為“Lo”，PS1設(shè)置為5V，PS2設(shè)置為3.6V，使用QuickEval啟動(dòng)GUI。
2. 觀察到 (95 ~mA
3. 使用GUI將USB輸入電流限制設(shè)置為5X（500mA），觀察到 (460 ~mA
4. 使用GUI將USB輸入電流限制設(shè)置為10X（1A），觀察到 (460mA < I(VBUS) (AM1)<500 ~mA) ， (3.8 ~V< VOUT (VM 2)<4.0 ~V) ， (0.95V< V(PROG)(VM 5)<1.0 ~V) 。此時(shí)USB電流限制為1A，有足夠的電流使充電器以500mA運(yùn)行。
5. 將PS1設(shè)置為0V，Ld1設(shè)置為1A，觀察到 (3.5V < VOUT (VM 2)<3.6 ~V) ， (V(VOUT, VBAT) < 200mV) 。此時(shí)USB電源關(guān)閉，唯一的能量來(lái)源是電池。當(dāng)VOUT加載1A時(shí)，理想二極管啟動(dòng)，能量從電池流向VOUT。
6. 將Ld1設(shè)置為400mA，PS1設(shè)置為5V，觀察到 (3.8 ~V< VOUT (VM2) <4.0 ~V) 。由于USB電流限制設(shè)置為1A，充電器的500mA負(fù)載和Ld1的400mA負(fù)載都可以得到供應(yīng)。
7. 將Ld1設(shè)置為0A，使用GUI啟用VOUT1，觀察到 (3.8 ~V< VOUT (VM 2)<4.0V) ， (3.25 ~V< VOUT1 (VM4) <3.35 ~V) 。此時(shí)升降壓調(diào)節(jié)器開(kāi)啟，無(wú)負(fù)載，升降壓調(diào)節(jié)器從VOUT獲取電源。
8. 將Ld2設(shè)置為400mA，觀察到 (3.8 ~V< VOUT (VM 2)<4.0 ~V) ， (3.25 ~V< VOUT1 (VM4) <3.35 ~V) 。充電器和VOUT1上的負(fù)載總和仍在1A電流限制范圍內(nèi)。
9. 使用GUI關(guān)閉電池充電器，將Ld2設(shè)置為1A，觀察到 (3.8V < VOUT (VM2) <4.0V) ， (3.25V < VOUT1 (VM4) <4.0V) 。由于電池充電器關(guān)閉，LTC3567可以通過(guò)升降壓調(diào)節(jié)器提供1A電流，并保持在USB電流1A的限制范圍內(nèi)。
10. 將Ld2設(shè)置為0A，使用GUI開(kāi)啟電池充電器，將NTC（JP3）設(shè)置為“EXT”，/CHRG LED應(yīng)閃爍。
11. 將NTC（JP3）設(shè)置為“INT”，EN1（JP1）設(shè)置為“ON”，關(guān)閉所有電源和負(fù)載。

綜上所述，LTC3567EUF芯片憑借其豐富的功能和高效的性能，為電子設(shè)備的電源管理提供了全面的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需要根據(jù)具體需求合理配置各個(gè)模塊和參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的電源管理效果。你在使用LTC3567EUF芯片的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。