消費類手持設備最受歡迎的電池解決方案之一是古老的雙芯AA（堿性或鎳氫）源，尤其是在GPS導航儀，數碼相機和MP3播放器中。AA電池現成，成本相對較低，功率密度高。許多相同的便攜式設備通過插入式墻上適配器補充電池電量，并提供USB總線（用于數據傳輸）。USB 總線也可用于供電。問題在于如何在這三種不同類型的電源之間無縫切換：2 節 AA、壁式和 USB。解決方案是 LTC3456。

LTC?3456 是一款完整的系統電源 IC，可無縫管理交流墻上適配器、USB 和 2-AA 電池之間的功率流，同時符合 USB 電源標準 — 全部采用 4mm × 4mm QFN 封裝（圖 1）。該器件產生兩個獨立的電源軌：一個 3.3V （固定） 主電源和一個 1.8V （可調） 內核電源。此外，LTC3456 還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電量比較器或 LDO 控制器的非專用增益模塊。該器件還生成一個始終處于活動狀態的 V.MAX輸出，適用于為實時時鐘等關鍵模塊供電，即使在關斷期間也需要保持活動狀態。

圖1.LTC?3456 是一款完整的系統電源管理 IC，采用纖巧型 4mm×4mm 封裝。

關于 LTC3456

LTC3456 內置四個高效率 1MHz 固定頻率開關穩壓器，其工作效率高達 92%。圖 2 示出了一款典型的 LTC3456 應用。便攜式應用中使用的大多數處理器都需要雙電源電壓。這些電壓對于 I/O 電路可以是 3.3V，對于處理器內核可以是 1.5V 或 1.8V。此外，處理器可能要求電源按特定順序啟動，以防止處理器閂鎖或啟動不當。通常，內核電源必須在I/O電源之前出現。

圖2.基于 LTC3456 的完整電源解決方案，包括一個用于處理器內核的 1.8V 輸出、一個用于 I/O 的 3.3V 輸出、一個用于存儲卡的 3.3V 熱插拔電源和一個 V.MAXRTC 的輸出。這種設計使用所有陶瓷電容器，零件數量最少。

LTC3456 具有內置的電源排序功能，用于內核和主輸出。上電時，V國際輸出，一個固定的3.3V電源，是第一個上電的電源。它為大多數內部電路供電。應限制此輸出端的外部負載量 （有關詳細信息，請參閱 LTC3456 的產品手冊）。內核輸出可在0.8V至1.8V范圍內調節，接下來是V主要輸出。五世主要輸出采用固定 3.3V 電源，在內核輸出進入穩壓狀態后，上電延遲為 0.8ms （典型值）。五世主要輸出由 V 生成國際通過內部 0.4Ω （典型值） PMOS 開關輸出，可用于為 I/O 電路供電。0.8ms的延遲為處理器提供了足夠的時間，以便在外圍電路上電之前穩定系統時鐘并加載內部寄存器。

LTC3456 產生一個內核輸出，可在 0.8V 至 1.8V 范圍內調節，適合于為新的低電壓處理器 （ARM 和其他處理器） 供電。LTC3456 控制方案允許內核輸出采用 100% 占空比操作。當內核輸出由電池供電時，它提供低壓差操作，從而延長電池壽命。當由電池供電時，主轉換器和內核轉換器均提供突發模式操作（可選擇MODE引腳），從而在輕負載下實現高效率，如圖3所示。由電池供電時，Core 轉換器的效率超過 92%。當由 USB/墻上電源供電時，突發模式操作被禁用。圖 4 顯示了由 USB 供電時的系統效率。主轉換器在由 USB 供電時可實現高達 90% 的效率。

圖3.圖2電路的內核轉換器效率LTC3456 由電池供電。顯示了PWM和突發模式操作的效率。

圖4.圖2電路的內核和主轉換器效率。LTC3456 由 USB 供電，USB 電流限值設定為 500mA （USBHP = 高）。

LTC3456 具有一個適合于為閃存卡供電的內置熱插拔輸出。熱插拔輸出具有短路和反向電壓阻斷功能。它允許將存儲卡熱插拔到系統中和從系統中取出。它具有內置的120mA（典型值）電流限制，適合為閃存卡供電。

LTC3456 具有針對主輸出和內核輸出的短路保護功能。它還為所有輸出提供輸出斷開，但 V 除外.MAX輸出。內核、主和熱插拔輸出均在停機時放電至地。五世.MAX輸出是 V 中的最大值巴特， V國際，V內線和 USB 電壓。該輸出可用于提供最大 1mA 的輸出電流。五世.MAX即使IC處于關斷狀態，輸出也保持活動狀態，適合為關鍵系統模塊（如實時時鐘）供電。

電源路徑控制

LTC3456 包含一個專有的 PowerPath 控制方案，該方案可將系統電源從一個 2AA 電池無縫切換到 USB/墻上電源，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 向開關穩壓器供電內線針。LTC3456 包含一個功能齊全的 USB 電源管理器，用于通過 USBHP 和 SUSPEND 引腳的狀態來控制來自 USB 引腳的電源流。通過USB引腳的電流被精確限制為100mA或500mA，具體取決于USBHP引腳的狀態。所有 USB 功能都可以通過將 SUSPEND 引腳拉高來禁用。

圖5.LTC3456的簡化框圖顯示了內部電源路徑。

當必須升壓 2 AA 電池電壓（1.8V 至 3.2V）以產生 3.3V 輸出，并且必須降壓 USB/墻壁電源（4V 至 5.5V）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 通過升壓型和降壓型轉換器完成此任務。這是產生2.3V電源軌的最有效方法。LTC3 在從電池或 USB/墻上適配器產生 3456.90V 輸出時實現了高于 3% 的效率。內核輸出 （3.1V） 通過 BUCK8（USB/墻上供電）和 BUCK1（電池供電）轉換器產生。LTC3 的獨特拓撲結構通過單個電感器產生 3456.1V 電源軌，從而節省了成本和空間。當從電池產生8.92V輸出時，它的效率大于1%。表 8 總結了 LTC3456 的各種工作模式。

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，用戶在連接了 USB 電纜的便攜式 MP3 播放器上播放音樂。如果USB電纜突然從設備上拔出，用戶應該能夠繼續聽音樂而不會受到任何干擾。LTC3456 實現了系統電源的無縫切換。圖6顯示了圖2電路的USB和2-AA電池電源切換波形。當暫停引腳從低到高時，USB 電源不可用。主輸出和內核輸出在切換時的總偏差均小于 ±2%，從而實現與處理器內核和外圍電路無縫切換。

一個。內核輸出瞬態波形。

b.主要輸出瞬態波形。

圖6.圖2電路的USB和2AA電池電源切換波形。當暫停引腳調高時，USB 電源斷開。主輸出和內核輸出在切換時的總偏差均小于±2%。

與微處理器輕松接口

LTC3456 簡化了與微處理器接口的任務。PWRON、PWRKEY、PBSTAT 和 RESET 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 按鍵簡化了有序上電和關斷 IC 的任務。數據表包含時序圖，并提供有關其操作的詳細信息。

LTC3456 還包含上電復位電路 （通過引腳 RERESET 訪問），該電路在上電和停機期間均處于活動狀態。上電復位需要使處理器在上電時保持其復位狀態，并且必須保持處理器開始運行，直到所有系統電源都穩定下來。LTC3456 的內置上電復位電路可監視兩個 V國際（3.3V） 和內核 （1.8V） 電壓，并通過 RESET 引腳與處理器接口。RESET引腳在初始上電期間保持低電平。當主輸出和內核輸出均進入調節狀態時，復位延遲定時器被激活。在釋放 RESET 之前有整整 262 毫秒的超時時間，并且允許處理器退出復位并開始運行。262ms 的超時延遲為處理器提供了足夠的時間來初始化內部寄存器/RAM。在斷電期間，RESET引腳再次被拉低。這可以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關斷波形。當電池或外部供電時，RESET電路的工作方式類似。RESET引腳保持低電平，在V之后延遲262ms核心進入監管。當IC關斷時，兩個V主要和 V核心輸出與輸入電源斷開并放電至地。這可以防止輸出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。它還確保輸出在上電期間以可預測的方式上升。

圖7.圖2電路的上電和關斷波形兩個 V主要和 V核心關斷期間輸出放電至地。上電復位 （RESET） 保持低電平，延遲 V 后 262ms核心進入監管。

電壓監控

LTC3456 具有一個片內增益模塊，可用于低電池電量檢測，低電池轉換變點由 AIN 引腳上的兩個電阻器 （圖 2） 設定。AIN的標稱電壓為0.8V。AO 引腳是一個漏極開路邏輯輸出，每當引腳 AIN 上的電壓降至 0.8V 以下時，它就會吸收電流。增益模塊還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 還具有用于檢測是否存在 USB 或墻上電源的片內電壓比較器電路，并在 EXT_PWR 引腳上具有一個狀態輸出。EXT_PWR的漏極開路邏輯輸出能夠吸收高達 5mA 的電流，適合驅動外部 LED。板載電壓檢測器持續監控 USB 電壓和交流適配器電壓的狀態（通過 WALLFB 引腳）。只要 USB 或墻壁電源可用且處于調節狀態，EXT_PWR引腳就會被拉低。

便攜式GPS導航器電源

今天的便攜式GPS導航儀使用兩節AA電池或一個交流適配器，并配備USB總線（用于數據傳輸）。電池壽命長和系統尺寸小是電源的關鍵要求。GPS導航儀中使用的微處理器通常需要至少兩個不同的電壓電源：I/O電路通常為3.3V，處理器內核通常為1.5V或1.8V。導航器可能還需要一個輔助的2.8V電源電壓來偏置LCD顯示控制器IC。

圖 8 顯示了用于便攜式 GPS 導航儀的完整、緊湊和高效的電源。五世主要（固定 3.3V） 為 I/O 電路供電。處理器內核的電源，V核心，設置為1.8V，可通過改變反饋電阻比進行調整。3.3V熱插拔輸出為閃存卡供電。LTC3456 包含一個非專用增益模塊 （引腳 AIN 和 AO），可用作低電池電量指示器或 LDO 控制器。圖8所示的增益模塊用作LDO，帶有一個外部PNP，用于從主輸出產生一個輔助2.8V輸出電壓。輔助 2.8V 電源用于為 LCD 控制器 IC 供電。五世.MAXLTC3456 的輸出即使在停機模式中仍保持活動狀態，并用于為一個實時時鐘供電。

圖8.用于 GPS 導航系統的 2 節 AA 電池供電的完整電源。請注意，非專用增益模塊（引腳AIN和AO）配置為LDO控制器，以產生輔助2.8V輸出。

結論

LTC?3456 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 2AA 電池電源之間的功率流。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器等一系列功能被壓縮到 4mm × 4mm QFN 封裝中。外部元件數量和整體系統成本降至最低。簡單性、設計靈活性、高集成度和小尺寸使得 LTC3456 成為為許多便攜式 USB 設備供電的理想選擇。

審核編輯：郭婷