便攜式手持式電子工具、小工具和玩具正在接近瑞士軍刀的多功能等價物。以前獨立的功能現(xiàn)在已小型化并組合成單個口袋大小的封裝。除非由青少年或好萊塢經紀人擁有，否則大多數小工具大部分時間都處于低功耗狀態(tài)，等待栩栩如生地打電話、脈沖照片閃光燈或將音樂和視頻旋轉到一個小硬盤驅動器上。這些器件由各種電源供電，這意味著在某些時候輸入電壓高于或低于為內部電子設備供電所需的 3.3V 或 3.6V 電壓。最新便攜式器件中的 DC/DC 轉換器必須能夠升壓和降壓，在空閑和待機模式下保持非常高的效率，并在峰值功率需求期間快速高效地響應。

凌力爾特提供一系列降壓-升壓轉換器，能夠以出色的效率提供 200mA 至 2A 的電流。該產品陣容的最新成員是 LTC3532，這是一款 300mA 降壓-升壓型轉換器，其集成了自動突發(fā)模式操作、可調開關頻率和集成軟起動功能。LTC3532 非常適合微型磁盤驅動器應用或任何要求在寬輸出電流和輸入電壓范圍內實現(xiàn)高效率的應用。

特征

基于 LTC3532 的轉換器的輸入電壓范圍為 2.4V 至 5.5V，其輸出范圍可在 2.4V 至 5.25V 范圍內進行設置，因而非常適合采用多個電源（如電池、USB 和墻上適配器）工作的器件。LTC3532 采用 MS10 封裝（其引腳與 LTC3440 轉換器兼容）或裸露焊盤 3mm × 3mm DFN 封裝。利用這些微型封裝，整個轉換器可以壓縮到最小的空間，如圖1所示。

圖1.鋰離子電池至2.5V-5.25V轉換器，1.4cm內2.

該轉換器采用固定頻率四開關架構和專利控制方法，只需一個電感即可調節(jié)輸入電壓大于或小于輸出的恒定輸出電壓。LTC3532 的四個開關拓撲 （參見圖 2 中的輸出級原理圖） 允許穩(wěn)壓器根據誤差放大器輸出電壓 V 正確定相四個輸出開關 （A、B、C 和 D） 從降壓模式平穩(wěn)過渡到降壓-升壓模式和升壓模式C.在降壓模式下，開關D導通，而開關A和B的作用類似于降壓轉換器。在另一個極端，升壓模式，開關A始終導通，而開關C和D實現(xiàn)同步升壓轉換器。當 V在和 V外接近相同的電壓，所有四個開關都換向，每對的導通時間由V處的電壓控制C.四開關架構固有地提供輸出斷開，從而防止電流在 V 之間流動在和 V外處于關機模式。

圖2.LTC?3532 四開關降壓-升壓型轉換器采用單個電感器，并具有峰值電流箝位和自動突發(fā)模式控制功能。

在突發(fā)模式操作期間，LTC3532 也利用了四個開關架構的功能。創(chuàng)新的（正在申請專利）突發(fā)模式控制電路根據降壓模式、升壓模式還是降壓-升壓模式優(yōu)化了四個開關的觸發(fā)。最佳開關控制和 35μA 的低突發(fā)模式靜態(tài)電流意味著該轉換器可在低至 80μA 的負載下，在突發(fā)模式操作中將效率保持在 300% 以上，從而延長系統(tǒng)的電池壽命。 在 0.1mA 至 500mA 負載電流范圍內測得的效率如圖 3 所示。連接到突發(fā)引腳的電阻器和濾波電容設置負載電流水平，在該電平下，轉換器自動在連續(xù)和突發(fā)模式操作之間切換。

圖3.使用自動突發(fā)模式控制，可在很寬的負載電流范圍內實現(xiàn)高效率。

峰值電感電流有兩種限制方式。第一種方法監(jiān)視開關A中的電流，并在峰值電流超過1.1A時將該電流的一小部分源入FB引腳。這有效地降低了V外設定點提供控制峰值電流的閉環(huán)方法。在較高的負載和瞬態(tài)情況下，比較器打開開關A和B，從而提供1.3A的硬峰值電流限制。圖4顯示了電感電流和V外響應不斷增加的負載。當電感電流達到電流限制時，V外下降，控制回路保持連續(xù)運行。當 V外在啟動或從短路中恢復時處于低電平，電流限制箝位電平降低一半，提供折返功能。

圖4.當達到峰值電感電流時，軟箝位峰值電流控制使轉換器保持連續(xù)控制模式。

開關頻率可利用一個外部電阻器編程為介于 300kHz 和 2MHz 之間的頻率，從而允許在元件尺寸和效率之間進行權衡。軟啟動通過控制 SHDN/SS 引腳上的壓擺來實現(xiàn)。一旦轉換器使能，當SHDN/SS引腳達到1V時，內部控制電壓被箝位，直到引腳上升到2V。

鋰離子至3.3V轉換器，非常適合微型硬盤驅動器

待機狀態(tài)下的微型 1“ 或更小磁盤驅動器可能會消耗 40mA 電流。在空閑或磁道尋道模式下，驅動器電流增加到150mA，當讀取或寫入數據時，負載峰值可能達到200mA至300mA。即使在這些轉換期間，電源也應得到良好的調節(jié)，在整個系統(tǒng)電池的放電周期中紋波非常低。與 3.3V 系統(tǒng)中的降壓型穩(wěn)壓器相比，LTC3532 等降壓-升壓型轉換器即使在電池降至 3.3V 以下也能保持穩(wěn)壓，從而允許使用電池中的所有能量。轉換器在負載轉換期間保持精確的調節(jié)，當電池ESR可能導致輸入電壓降至V以下時外.鋰離子電池至3.3V應用采用纖巧型多層片式電感，如圖5所示。該轉換器能夠在電池電壓低至400.3V的情況下實現(xiàn)高達0mA的負載階躍，在連續(xù)模式下提供高于90%的效率，負載在30mA至200mA之間，如圖6所示。在低于 80mA 的負載下，低功耗突發(fā)模式效率大于 1%。該電路使用連接到SHDN/SS的軟啟動電容器來限制浪涌電流。對負載階躍的瞬態(tài)響應如圖7所示。當負載從10mA增加到50mA時，從突發(fā)模式過渡到連續(xù)工作。從 150mA 到 300mA 的步進和反向顯示 V外瞬變的峰值幅度僅為20mV。

圖5.使用微型多層電感器的高效轉換器，是微型 HDD 應用的理想選擇。

圖6.對于典型 85 英寸硬盤驅動器的所有節(jié)能模式，效率超過 1%。

圖7.V外對負載轉換的響應得到很好的控制。

BURST 引腳上的 RC 網絡可實現(xiàn)自動突發(fā)模式操作，從而在輕負載下保持高效率，無需外部控制。突發(fā)操作由突發(fā)引腳上的電壓控制。在工作期間，通過開關D的一小部分輸出電流從BURST引腳鏡像出來。鏡像電流在突發(fā)引腳電阻兩端產生與平均負載電流成比例的電壓。圖7顯示了突發(fā)引腳以與負載電流成比例的電壓響應。當負載增加并迫使突發(fā)引腳電壓高于1.12V時，轉換器切換到連續(xù)模式。當負載降低且突發(fā)引腳上的電壓降至 0.88V 以下時，轉換器切換回突發(fā)模式操作。提高BURST引腳上的電阻值會降低進入突發(fā)模式時的電流。圖8顯示了突發(fā)引腳電阻與輸出電流值之間的關系，在輸出電流值下，連續(xù)和突發(fā)操作之間的轉換發(fā)生。如果需要，可以通過將BURST引腳驅動到閾值以上或以下來強制工作模式。

圖8.轉換器從突發(fā)模式轉換到連續(xù)模式的負載可通過單個電阻器進行編程。

控制 USB 應用的輸入電流

現(xiàn)在，許多設備都從USB端口供電和充電，這些端口的最大電流消耗限制為500mA。通常提供500mA電流的轉換器名義上不會超過USB電流限制。然而，主機穩(wěn)壓器、USB 總線供電集線器和電纜壓降的容差導致 USB 電壓調節(jié)相當差，在瞬態(tài)期間可能在 5.25V 到 4.35V 或更低之間變化。例如，如果一個5V至3.6V轉換器電路響應500mA的峰值負載，而USB電壓降至4.35V，則在80%的效率下，輸入電流超過500mA。

圖9所示為輸入電流監(jiān)視器，用于控制V外將輸入電流箝位至 500mA。注入FB節(jié)點的電流會改變電壓模式控制環(huán)路中輸出電壓的有效設定點。事實上，DC/DC轉換器的輸出電壓可以通過在FB節(jié)點上拉出或吸收電流來動態(tài)編程。參考圖9，輸入電流箝位電平的公式為：

圖9.一些組件可用于限制USB和其他應用的輸入電流。

圖 10 顯示 V外當輸入電流達到500mA時，隨著負載的增加而下降。在輸入電壓標稱值為5V的USB應用中，肖特基二極管用于限制SW1引腳上的峰值電壓。

圖 10.隨著負載的增加，輸入電流被箝位至500mA，采用圖9所示電路。

結論

凌力爾特的 LTC3532 同步降壓-升壓型轉換器簡化了鋰離子或多節(jié)電池供電手持式電子設備的設計。該轉換器具有高效的自動突發(fā)模式操作，可最大限度地延長負載要求變化很大的便攜式設備的電池壽命。軟起動、可編程開關頻率和外部補償使得 LTC3532 適合于多種應用。MS10 引線封裝和 3mm × 3mm DFN 兩種封裝選項，加上在高頻下高效工作的能力，使設計人員能夠最大限度地減少電路板面積和元件高度。

審核編輯：郭婷