LTC3566EUF：高效USB電源管理與1A升降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定的電源解決方案至關(guān)重要。今天我們來(lái)深入探討一下Linear Technology公司的LTC3566EUF芯片，以及基于它設(shè)計(jì)的演示電路DC1132A。

文件下載：DC1132A.pdf

產(chǎn)品概述

演示電路DC1132A是一款高效的USB電源/Li - Ion電池管理器，同時(shí)集成了1A的升降壓調(diào)節(jié)器。LTC3566EUF采用24引腳（4mm × 4mm）QFN表面貼裝封裝，具備強(qiáng)大的功能和良好的性能。

性能參數(shù)

這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。例如，在選擇輸入電源和確定輸出負(fù)載時(shí)，需要根據(jù)這些參數(shù)來(lái)確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。大家在實(shí)際應(yīng)用中，有沒(méi)有遇到過(guò)因?yàn)閰?shù)選擇不當(dāng)而導(dǎo)致的問(wèn)題呢？

工作原理

LTC3566EUF由5個(gè)功能模塊組成，它們協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了高效的USB電源管理和Li - Ion電池充電功能。

USB電源管理器

用于管理LTC3566EUF系統(tǒng)對(duì)USB接口的負(fù)載?？梢酝ㄟ^(guò)改變CLPROG電阻（R2），并使用ILIM1、ILIM0跳線將工作模式設(shè)置為1X、5X或10X來(lái)編程負(fù)載電流。這為工程師在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下靈活調(diào)整負(fù)載提供了便利。思考一下，在哪些場(chǎng)景下需要調(diào)整負(fù)載電流呢？

預(yù)調(diào)節(jié)器

是一個(gè)高效的降壓調(diào)節(jié)器，它在VOUT端產(chǎn)生的電壓等于電池電壓加上0.3V。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，大大減少了充電器的功耗。這種設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的整體效率，減少發(fā)熱問(wèn)題。

電池充電器

在恒流模式下工作，直到電池電壓上升到約4.2V的浮動(dòng)電壓，然后切換到恒壓模式。充電電流由PROG電阻（R3）編程，在DC1132A上，使用2.00kΩ的電阻將充電電流設(shè)置為500mA。同時(shí)，電池充電器還實(shí)現(xiàn)了涓流充電、4小時(shí)的充電終止超時(shí)和30分鐘的壞電池充電超時(shí)功能，并通過(guò)NTC輸入來(lái)判斷電池溫度是否適合充電。大家在設(shè)計(jì)電池充電電路時(shí)，是否考慮過(guò)這些保護(hù)功能呢？

理想二極管

由內(nèi)部的理想二極管（通過(guò)片上MOSFET實(shí)現(xiàn)）和MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器組成，允許使用并聯(lián)的外部MOSFET。當(dāng)VOUT上的電壓比BAT端的電壓低15mV以上時(shí)，理想二極管會(huì)激活，為VOUT提供電流。這在USB電源缺失或VOUT負(fù)載超過(guò)VBUS可用功率時(shí)非常有用。

1A升降壓DC/DC調(diào)節(jié)器

能夠提供高于和低于輸入電壓的穩(wěn)壓輸出。電池電壓從VFLOAT（4.2V）變化到低至2.5V時(shí)，升降壓調(diào)節(jié)器可以在整個(gè)電池電壓范圍內(nèi)提供3.3V的穩(wěn)壓輸出。它采用全H橋開(kāi)關(guān)和專有控制算法實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用信息

過(guò)沖問(wèn)題處理

一些USB電纜中的寄生電感可能會(huì)導(dǎo)致VUSB電壓在插入時(shí)出現(xiàn)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)了USB對(duì)VUSB電容負(fù)載的規(guī)范，但實(shí)際上對(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。

低阻抗接地

電池充電器需要低阻抗接地，當(dāng)連接電池時(shí)通?？梢詽M足這一條件。如果使用電池模擬器或接地阻抗高于0.5Ω，建議使用C5和R8 - 10組成的電路。

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)锽uck、Buck - Boost和純Boost工作區(qū)域具有不同的極點(diǎn)/零點(diǎn)和PWM增益，特別是Buck - Boost和純Boost區(qū)域存在右半平面零點(diǎn)，需要進(jìn)行適當(dāng)處理。并且建議在所有三個(gè)工作區(qū)域，以最小和最大負(fù)載驗(yàn)證穩(wěn)定性。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，是如何進(jìn)行調(diào)節(jié)器補(bǔ)償和穩(wěn)定性驗(yàn)證的呢？

快速啟動(dòng)步驟

使用短雙絞線進(jìn)行電源連接，并且關(guān)閉所有負(fù)載和電源。參考圖4和圖5進(jìn)行正確的測(cè)量和設(shè)備設(shè)置，然后按照以下步驟操作：

1. 將PS1設(shè)置為5V，PS2設(shè)置為3.6V。此時(shí)USB輸入電流限制為1X（100mA），而電池充電電流設(shè)置為500mA，USB輸入電流限制被激活，充電器無(wú)法獲得足夠的電流以500mA充電。
2. 將ILIM1（JP2）設(shè)置為“HI”，ILIM0（JP3）設(shè)置為“HI”。此時(shí)USB輸入電流限制變?yōu)?X（500mA），充電器可以獲得足夠的電流以500mA為電池充電。
3. 將ILIM1（JP2）設(shè)置為“LO”。此時(shí)USB輸入電流限制變?yōu)?0X（1A），充電器可以獲得足夠的電流以500mA為電池充電。
4. 將PS1設(shè)置為0V，LOAD1設(shè)置為1A。驗(yàn)證3.55V < VOUT < 3.60V 且 ((V{BAT}-VOUT)<) 0.05V。當(dāng)USB輸入電壓關(guān)閉導(dǎo)致VOUT下降，當(dāng)VOUT下降到比 (V{BAT}) 低15mV時(shí)，LTC3566激活理想二極管，從BAT引腳為VOUT提供電流。
5. 將LOAD1設(shè)置為400mA，PS1設(shè)置為5V。此時(shí)USB輸入電流限制為10X（1A），充電器可以獲得足夠的電流以500mA為電池充電，同時(shí)VOUT加載400mA，VBUS上的總負(fù)載接近860mA。
6. 觀察VOUT（VM2）和VOUT1（VM4）。升降壓調(diào)節(jié)器在無(wú)負(fù)載時(shí)已啟用，其標(biāo)稱輸出電壓為3.3V。
7. 將LOAD1保持在400mA，將LOAD2設(shè)置為400mA。此時(shí)USB輸入電流限制為10X（1A），充電器可以獲得足夠的電流以500mA為電池充電，VOUT1加載400mA，VBUS上的總負(fù)載接近860mA。
8. 將CHRGEN（JP4）設(shè)置為“HI”，將LOAD2設(shè)置為1A。此時(shí)USB輸入電流限制為10X（1A），充電器關(guān)閉，VOUT1加載1A，VBUS上的總負(fù)載接近860mA。
9. 將LOAD2設(shè)置為0A，CHRGEN（JP4）設(shè)置為“LO”，NTC（JP6）設(shè)置為“EXT”。CHRG LED應(yīng)閃爍，表示充電器已啟用，但電壓表明電池溫度非常低。
10. 將NTC（JP6）設(shè)置為“INT”，EN1（JP1）設(shè)置為“ON”。

通過(guò)以上步驟，工程師可以快速啟動(dòng)并測(cè)試基于LTC3566EUF的演示電路DC1132A，驗(yàn)證其各項(xiàng)功能和性能。在實(shí)際操作中，大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一些需要注意的細(xì)節(jié)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。