設(shè)計具有多個高壓電源的電池供電系統(tǒng)是一項艱巨的任務(wù)。在這樣的系統(tǒng)中，電路板空間非常寶貴，需要高效率來延長電池壽命。電源必須在啟動和關(guān)斷時排序，多個電源必須能夠保持穩(wěn)壓，而無需跨電源相互作用。

LT?3587 是一款單芯片解決方案，其結(jié)合了三個開關(guān)穩(wěn)壓器和三個內(nèi)部高電壓開關(guān)，以產(chǎn)生兩個高電壓升壓型轉(zhuǎn)換器和一個單個高電壓逆變器。LT1 專為采用 3587.2V 至 5V 的輸入范圍運行而設(shè)計，因而使其成為電池供電型系統(tǒng)的理想選擇。小封裝尺寸和低元件數(shù)可形成小型高效解決方案。典型應(yīng)用包括數(shù)碼相機和攝像機、高性能便攜式掃描儀和顯示系統(tǒng)、PDA、蜂窩電話和具有高壓外圍設(shè)備的手持式計算機，如 CCD 傳感器、LED 背光、LCD 顯示器或 OLED 顯示器。

特征

為了保持較低的組件數(shù)量，LT3587 集成了三個高電壓電源開關(guān)，能夠在高達 0V 的電壓下切換 5.1A、1A 和 1.32A，采用 3mm × 3mm QFN 封裝。每個正通道都包括一個輸出斷接，以防止在禁用開關(guān)時從輸入到輸出的直流路徑。LT3587 還包括一個雙向故障引腳 （FLT），該引腳可用于故障指示 （輸出） 或緊急停機 （輸入）。

LT3587 提供了一個寬輸出范圍，正通道 （通道 32 和 1） 高達 3V，逆變器 （通道 32） 高達 –2V。通道 3 可配置為穩(wěn)壓器或電流調(diào)節(jié)器。當配置為電流穩(wěn)壓器時，通道 3 使用 1 線輸出，無需電流檢測或高電流接地返回線，從而簡化了電路板布局。單個電阻器分別設(shè)置三個通道輸出電壓電平和/或通道 3 輸出電流電平。

智能軟啟動允許通道 1 的順序軟啟動，然后使用單個電容器進行逆變器負輸出。內(nèi)部排序電路禁用逆變器，直到通道1輸出達到其最終值的87%。

用于CCD成像儀和LED背光的三路輸出電源

圖1所示為CCD成像儀提供正負電壓偏置，為LED背光提供20mA電流偏置的典型應(yīng)用。LT3587 的所有三個通道均采用一種恒定頻率、電流模式控制方案，以在輸出端提供電壓和 / 或電流調(diào)節(jié)。

圖1.鋰離子供電相機解決方案提供用于偏置CCD成像儀的正負電源和用于5-LED背光的LED驅(qū)動器。

正CCD偏置配置為簡單的非同步升壓轉(zhuǎn)換器。其輸出電壓通過反饋電阻R設(shè)定為15V認知障礙.15μH電感器（L1）的最大負載尺寸為50mA。負CCD偏置配置為非同步?uk轉(zhuǎn)換器。其輸出電壓利用反饋電阻 R 設(shè)定為 –8V認知障礙.兩個 15μH （L2 和 L3） 電感器的尺寸最大負載為 100mA。

LED 背光驅(qū)動器配置為輸出電流調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器。其輸出電流利用電流編程電阻R設(shè)定為20mAIFB3.10μH 電感器 （L4） 的尺寸適用于 20mA 的典型負載（在高達 24V）。注意可選的電壓反饋電阻，RVFB3，在 LED 驅(qū)動器上。該電阻器用作 LED 驅(qū)動器輸出端的電壓箝位，因此，如果其中一個 LED 失效開路，LED 驅(qū)動器輸出端的電壓被箝位至 24V。

軟啟動

所有通道均具有軟啟動功能（從零到穩(wěn)壓的緩慢電壓斜坡），以防止在啟動時可能造成破壞性的大浪涌電流。軟啟動通過兩個獨立的軟啟動控制引腳實現(xiàn)：EN/SS1 和 EN/SS3。EN/SS1 引腳控制通道 1 和逆變器的軟啟動，而 EN/SS3 引腳控制通道 3 的軟啟動。這兩個軟啟動引腳均利用一個 1μA 內(nèi)部電流源上拉。

從EN/SS1引腳到地的電容（圖3中的C1）為通道1和通道2（逆變器）設(shè)置軟啟動斜坡。當 1μA 電流源對電容器充電時，當 EN/SS1 引腳電壓上升到 2mV 以上時，通道 1 和通道 200 的調(diào)節(jié)環(huán)路將使能。在啟動期間，通道1的峰值開關(guān)電流隨著EN/SS1引腳的軟啟動電壓斜坡成比例上升。逆變器開關(guān)電流也跟隨 EN/SS1 引腳上的電壓斜坡，但其開關(guān)電流斜坡直到 EN/SS1 引腳上的電壓至少為 600mV 時才開始。這可確保通道 2 在通道 1 之后啟動。當 EN/SS1 引腳上的電壓高于 2.1V 時，通道 2 和通道 5 調(diào)節(jié)環(huán)路以全電感電流自由運行。

以類似的方式，從EN/SS3引腳到地的電容（圖5中的C1）為通道3設(shè)置一個軟啟動斜坡。當 EN/SS3 引腳上的電壓高于 200mV 時，通道 3 的調(diào)節(jié)環(huán)路使能。當 EN/SS3 引腳上的電壓高于 2V 時，通道 3 的調(diào)節(jié)環(huán)路以全電感電流自由運行。

啟動排序

LT3587 還包括內(nèi)部排序電路，該電路可抑制通道 2 工作，直到通道 1 （位于 FB1 引腳處）的反饋電壓達到約 1.1V （約為最終電壓的 87%）。軟啟動電容的尺寸控制通道2的啟動行為。

如果沒有軟啟動電容器或非常小的電容器，則當正輸出達到其最終值的87%時，負通道立即以全電感電流啟動。如果使用大型軟啟動電容器，則EN/SS1電壓控制逆變器通道超過正通道的調(diào)節(jié)點。圖2顯示了不使用軟啟動和采用10nF軟啟動電容的啟動時序。

圖2.不帶軟啟動電容器和10nF軟啟動電容器的啟動波形。

輸出斷開

兩個正通道（通道1和3）在其各自的CAP和V之間都有輸出斷開外引 腳。此斷開功能可防止在 V 之間形成直流路徑在和 V外當開關(guān)被禁用時，通過電感器（圖1）。

對于通道1，此輸出斷接功能使用PMOS（M1）實現(xiàn)，如圖3中的部分框圖所示。導(dǎo)通時，M1通常提供低電阻、低功耗路徑，用于在CAP1引腳和V之間提供輸出電流輸出1針。只要 CAP1 和 V 之間的電壓差，M1 就亮著在大于2.5V。這允許正偏置盡可能長時間地保持高電平，而負偏置在關(guān)斷期間放電。

圖3.LT3587 的部分框圖顯示了通道 1 和 3 的斷接 PMOS。

斷路晶體管M1受電流限制，以提供155mA的最大輸出電流。還有一個用于M1的保護電路，用于限制CAP1和V兩端的壓降輸出1至約10V。當CAP1處的電壓大于10V時，例如在輸出過載或?qū)Φ囟搪菲陂g，則M1完全開啟，沒有任何電流限制，以使CAP1上的電壓盡快放電。當電壓跨越CAP1和V時輸出1降至10V以下，輸出電流再次限制在155mA。圖4顯示了V過載事件期間的輸出電壓和電流帽1最初為 15V。

圖4.通道 1 短路事件。

通道3上的輸出斷開功能與使用M3類似地實現(xiàn)（圖3）。但是，在這種情況下，M3僅在EN/SS3引腳電壓小于200mV且通道3的調(diào)節(jié)環(huán)路被禁用時才關(guān)閉。

斷開晶體管 M3 也具有電流限制功能，可在 V 時提供最大輸出電流輸出3100mA。M3還具有與M1類似的保護電路，可限制CAP3和V兩端的壓降輸出3至約10V。圖5顯示了V過載事件期間的輸出電壓和電流帽3最初為 24V。

圖5.通道 3 短路條件，帶或不帶 20mA 電流限制。

故障檢測和指示器

LT3587 在所有輸出端上具有故障檢測功能，并具有一個故障指示引腳 FLT。僅當至少一個通道完成軟啟動過程并在全電感電流下自由運行時，故障檢測電路才會使能。一旦使能故障檢測，如果任何使能的通道反饋電壓（V認知障礙/ 5認知障礙或 V 中的較大值VFB3和 VIFB3） 低于其調(diào)節(jié)值超過 16ms，F(xiàn)LT 引腳拉低。

一個特別重要的情況是任何輸出上的過載或短路情況。在這種情況下，如果相應(yīng)的環(huán)路無法在16ms內(nèi)使輸出恢復(fù)穩(wěn)壓，則檢測到故障，F(xiàn)LT引腳拉低電平。

請注意，故障條件是鎖存的 — 一旦激活，所有三個通道都將被禁用。使能任何通道都需要通過關(guān)斷器件（強制EN/SS1和EN/SS3引腳均低于200mV）然后再次導(dǎo)通來復(fù)位器件。圖6顯示了通道1發(fā)生短路情況超過16ms時的波形，以及隨后對器件進行復(fù)位。

圖6.短路事件的故障檢測。

除了用作故障輸出指示器外，F(xiàn)LT引腳還是輸入引腳。如果該引腳在外部被強制低于 400mV，則 LT3587 的行為就像發(fā)生了故障事件并且所有通道都關(guān)斷一樣。要重新接通器件，請移除迫使引腳為低電平的外部電壓并復(fù)位器件。圖7顯示了FLT引腳外部強制為低電平時的波形以及隨后的器件復(fù)位。

圖7.FLT引腳外部被強制為低電平時的波形。

通道3作為電流調(diào)節(jié)LED驅(qū)動器的調(diào)光控制

如圖1所示，通道3最常見的應(yīng)用之一是作為背光LED驅(qū)動器的電流調(diào)節(jié)器。在許多需要LED背光的高端顯示器應(yīng)用中，調(diào)暗顯示器亮度的能力對于實現(xiàn)省電模式或在不同環(huán)境照明條件下保持對比度至關(guān)重要。

有兩種不同的方法可以實現(xiàn)LED燈串的調(diào)光控制。LED 電流可通過使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 和電阻 R 進行調(diào)節(jié)IFB3或使用 PWM 信號。

使用 DAC 和電阻進行模擬調(diào)光

對于某些應(yīng)用，首選的亮度控制方法是使用DAC和電阻。這種方法通常稱為模擬調(diào)光。此方法如圖 8 所示。

圖8.使用DAC和電阻進行模擬調(diào)光。

由于編程的 V輸出3電流與通過R的電流成正比IFB3，LED電流可以通過改變DAC輸出電壓來調(diào)節(jié)。較高的DAC輸出電壓電平導(dǎo)致較低的LED電流，從而降低整體亮度。為實現(xiàn)精確的調(diào)光控制，請將DAC輸出阻抗保持在足夠低的水平，以吸收所需最大LED電流的約1/200。注意，最大可能輸出電流受輸出斷接電流限制為100mA的限制。

脈寬調(diào)制調(diào)光

如上所述，模擬調(diào)光的一個問題是，改變LED中流動的正向電流不僅會改變LED的亮度強度，還會改變顏色。對于不能容忍LED色度發(fā)生任何變化的應(yīng)用來說，這是一個問題。

使用直接PWM信號控制LED強度可以在不改變顏色的情況下調(diào)光LED。~80Hz或更高的PWM頻率保證沒有可見的閃爍。PWM 信號中的導(dǎo)通時間量與 LED 的強度成正比。在此方案中，LED的顏色保持不變，因為LED電流值為零或恒定值（IVOUT3= 160V/RIFB3).

圖 9 顯示了用于 3 個白光 LED 的 LED 驅(qū)動器。如果 LED 導(dǎo)通時 CAP10 引腳上的電壓高于 <>V，則直接 PWM 調(diào)光方法需要外部 NMOS。該外部 NMOS 連接在串中最低 LED 的陰極和地之間。

圖9.用于六個 LED 的驅(qū)動器，帶 PWM 調(diào)光功能。

輸出斷接功能和外部 NMOS 可確保 LED 在不對輸出電容放電的情況下快速關(guān)斷。這樣可以更快地打開 LED。圖10顯示了圖9中電路的PWM調(diào)光波形。

圖 10.PWM 調(diào)光波形。

LED電流達到其編程值所需的時間決定了給定PWM頻率可實現(xiàn)的調(diào)光范圍。在占空比的極端低端，不再保留平均LED電流與PWM占空比之間的線性關(guān)系。最小導(dǎo)通時間是根據(jù)平均LED電流所需的線性度來選擇的。例如，對于圖9中的電路，為了在較低占空比下產(chǎn)生約10%的線性偏差，對于320.3V輸入電壓和2Hz PWM頻率，LED電流的最小導(dǎo)通時間約為3μs（占空比為6.100%）。該應(yīng)用的可實現(xiàn)調(diào)光范圍為30：1（大約是最小占空比的倒數(shù)）。

通過將PWM調(diào)光與模擬調(diào)光相結(jié)合，可以顯著擴展調(diào)光范圍。LED的顏色不再保持不變，因為LED的正向電流隨著DAC的輸出電壓而變化。對于上述0個LED應(yīng)用，可以通過調(diào)制PWM信號的占空比來調(diào)光LED，DAC輸出為20V。一旦達到最小占空比，就可以增加DAC輸出電壓的值，以進一步調(diào)暗LED。結(jié)合使用這兩種技術(shù)，六種 LED 應(yīng)用的平均 LED 電流可在 1mA 至 20000μA 以下 （1：<> 調(diào)光比） 之間變化。

通道 3 過壓和過流保護

通道 3 可配置為穩(wěn)壓升壓轉(zhuǎn)換器或電流穩(wěn)壓升壓轉(zhuǎn)換器。通道 3 的調(diào)節(jié)環(huán)路使用 V 處兩個電壓中的較大者認知障礙和我認知障礙作為反饋來設(shè)置其電源開關(guān)的峰值電流。該架構(gòu)允許對電壓調(diào)節(jié)進行可編程電流限制或?qū)﹄娏髡{(diào)節(jié)進行電壓限制。

當配置為升壓穩(wěn)壓器時，來自輸出引腳V的反饋電阻輸出3到 V認知障礙引腳將電壓電平設(shè)置為 V輸出3在固定水平。在這種情況下，I認知障礙如果不需要電流限制，引腳可以接地，也可以用電阻器接地以設(shè)置輸出電流限制值（I限制).如前所述，I上的上拉電流認知障礙引腳通常控制為V處輸出負載電流的1/200輸出3針。在這種情況下，當負載電流小于I限制，通道 3 調(diào)節(jié) V 處的電壓認知障礙引腳至 0.8V。如果負載電流增加超過 I限制，電壓在 V認知障礙開始下降，電壓在I認知障礙升至0.8V以上。然后，通道 3 環(huán)路調(diào)節(jié) I 處的電壓認知障礙引腳至 0.8V，將輸出電流限制在 V輸出3到我限制.圖11比較了發(fā)生電流過載時有和沒有限流的瞬態(tài)響應(yīng)。

圖 11.輸出電流過載事件中的通道3，帶或不帶輸出電流限制。

通道 3 CAP3 引腳具有過壓保護功能。當CAP3處的電壓被驅(qū)動到29V以上時，通道3環(huán)路被禁用，SW3引腳停止開關(guān)。當配置為升壓電流穩(wěn)壓器時，來自 I 的反饋電阻認知障礙引腳至地將輸出電流設(shè)置為 V輸出3在固定水平。在這種情況下，如果 V認知障礙引腳接地，則過壓保護默認為 29V。

另一方面，可以從V連接電阻器輸出3引腳到 V認知障礙用于設(shè)置輸出電壓箝位 （V鉗） 電平低于 29V。在這種情況下，當電壓電平小于V時鉗，通道 3 環(huán)路調(diào)節(jié) I 處的電壓認知障礙引腳至 0.8V。另一方面，當輸出負載失效開路或斷開時，電壓在I認知障礙下降以反映較低的輸出電流和V處的電壓認知障礙開始上升。當電壓在V時輸出3超越 V鉗、電壓在 V認知障礙引腳高于0.8V。然后，通道 3 環(huán)路調(diào)節(jié) V 處的電壓認知障礙引腳為 0.8V，將電壓電平限制在 V輸出3到 V鉗.圖12對比了有和沒有編程V的瞬態(tài)響應(yīng)鉗當輸出負載斷開時。

圖 12.輸出開路中的通道3，帶或不帶編程輸出電壓鉗位。

低輸入電壓

雖然 LT3587 的 V在電源電壓范圍為2.5V至6.0V，電感器可以斷電較低的電壓。大多數(shù)便攜式設(shè)備和系統(tǒng)具有一個單獨的 3.3V 邏輯電源電壓，該電壓可用于為 LT3587 供電。這允許輸出直接從低壓電源（如兩個堿性電池）供電。這種配置可提高效率。圖13顯示了以這種方式供電的典型數(shù)碼相機應(yīng)用。它具有正負 CCD 電源以及 LED 背光電源。

圖 13.兩節(jié) AA 電池產(chǎn)生 CCD 正負電源，以及一個用于 3 LED 背光的驅(qū)動器。

用肖特基電感代替電感，更小的占位面積

如果逆變器輸出端（通道2）可以容忍更高的電流紋波，則用肖特基二極管D3代替電感L3，如圖14所示。由于肖特基二極管的占位面積通常小于電感占位面積，因此建議將這種替代拓撲結(jié)構(gòu)用于空間受限的應(yīng)用。僅當逆變器輸出的絕對值大于V時，此拓撲才可行在.該肖特基二極管配置為陽極連接到逆變器的輸出端，陰極連接到跨接電容C2的輸出端，如圖14所示。

圖 14.用于OLED面板的鋰離子驅(qū)動器和帶有肖特基二極管的CCD成像儀取代逆變器的輸出電感。

結(jié)論

LT?3587 是一款多功能、高度集成的器件，可為相機、掌上計算機和需要多個高電壓電源的終端等器件提供簡單的解決方案。低部件數(shù)和緊湊的 3mm × 3mm 封裝使解決方案尺寸保持較小。高效率轉(zhuǎn)換使其適用于電池供電應(yīng)用。

可調(diào)輸出電壓和寬輸出范圍（正升壓高達 32V）和逆變器高達 –32V，使其成為需要高壓電源系統(tǒng)的靈活解決方案。通道 3 能夠用作穩(wěn)壓器或真正的 1 線電流穩(wěn)壓器，從而使 LT3587 成為真正的一體化電源。

軟啟動、電源排序、輸出斷接和故障處理等附加特性也增加了該器件的多功能性，并進一步簡化了電源設(shè)計。

審核編輯：郭婷