LTC3106：低電壓、高性能的理想選擇

在電子工程師的日常工作中，電源管理芯片是設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)。今天要給大家介紹一款非常出色的電源管理芯片——LTC3106，它是一款高度集成、超低電壓的降壓 - 升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，具備自動(dòng)PowerPath管理功能，專(zhuān)為多源、低功耗系統(tǒng)優(yōu)化。

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核心特性解析

雙輸入降壓 - 升壓與PowerPath管理

LTC3106采用雙輸入降壓 - 升壓架構(gòu)，并集成了PowerPath?管理器。這一特性使得它能夠在不同電源之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。當(dāng)主電源不可用時(shí)，能迅速切換到備用電源，為系統(tǒng)提供持續(xù)的電力支持。

超低啟動(dòng)電壓

該芯片具有超低的啟動(dòng)電壓，在無(wú)備用電源時(shí)，850mV即可啟動(dòng)；而在有備用電源的情況下，僅需300mV就能啟動(dòng)。這種特性使得它在能量收集等低電壓應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出色，能夠充分利用微弱的電源。

數(shù)字可選輸出電壓和存儲(chǔ)電壓

通過(guò)數(shù)字方式可以選擇輸出電壓 (V{out}) 和存儲(chǔ)電壓 (V{STORE})，這為工程師提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行精確配置。

最大功率點(diǎn)控制

最大功率點(diǎn)控制功能確保了電源與負(fù)載之間的功率傳輸達(dá)到最優(yōu)。在能量收集應(yīng)用中，能夠最大程度地提取電源的能量，提高系統(tǒng)的效率。

超低靜態(tài)電流

LTC3106的靜態(tài)電流僅為1.6μA，這對(duì)于低功耗系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在待機(jī)狀態(tài)下，能夠顯著降低功耗，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

多種工作模式與功能

它支持調(diào)節(jié)輸出，無(wú)論輸入電壓 (V{IN}) 或存儲(chǔ)電壓 (V{STORE}) 高于、低于還是等于輸出電壓，都能穩(wěn)定工作。此外，還具備可選的備用電池涓流充電功能、貨架模式斷開(kāi)功能以延長(zhǎng)電池保質(zhì)期、Burst Mode? 操作、精確的RUN引腳閾值以及電源良好輸出電壓指示等功能。

可選峰值電流限制

提供90mA/650mA的可選峰值電流限制，工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇，以滿(mǎn)足不同負(fù)載的要求。

封裝形式

該芯片提供熱增強(qiáng)型3mm × 4mm 16引腳QFN和20引腳TSSOP封裝，方便不同的PCB布局和設(shè)計(jì)需求。

電氣特性分析

輸入電壓相關(guān)特性

• 啟動(dòng)電壓：從 (V_{IN}) 啟動(dòng)時(shí)，在特定條件下，典型啟動(dòng)電壓為0.85V，最大為1.2V。
• 最大和最小工作電壓： (V{IN}) 的最大工作電壓為5.1V，最小工作電壓在不同條件下有所不同，例如在 (V{STORE}) 處于工作電壓限制內(nèi)，RUN > 0.613V，ENVSTR引腳 > 0.8V時(shí)，典型值為0.3V。
• 靜態(tài)電流：在不同工作狀態(tài)下，如啟動(dòng)、關(guān)機(jī)、非開(kāi)關(guān)狀態(tài)等， (V_{IN}) 的靜態(tài)電流有不同的數(shù)值，例如啟動(dòng)時(shí)典型值為1μA，關(guān)機(jī)時(shí)典型值為300nA等。

  存儲(chǔ)電壓相關(guān)特性

• 最大和最小工作電壓： (V_{STORE}) 的最大工作電壓為4.3V，最小工作電壓在特定條件下為2.1V。
• 欠壓鎖定：欠壓鎖定閾值典型值為1.778V。
• 工作電壓范圍：通過(guò)不同的引腳配置， (V_{STORE}) 有不同的工作電壓范圍可供選擇。

  輸出電壓調(diào)節(jié)特性

  輸出電壓可以通過(guò)OS1和OS2引腳進(jìn)行選擇，可選值包括1.8V、2.2V、3.3V和5V，并且在不同的溫度范圍內(nèi)有相應(yīng)的調(diào)節(jié)精度。

  其他特性

  還包括各種MOSFET的漏電流、導(dǎo)通電阻，以及峰值電流限制、谷值電流限制、PGOOD閾值等電氣特性。

典型性能特性

效率與負(fù)載電流關(guān)系

從典型性能特性曲線(xiàn)可以看出，在不同的輸入電壓和輸出電壓條件下，效率隨負(fù)載電流的變化情況。例如，當(dāng) (V{OUT}) 為1.8V、2.2V、3.3V或5V時(shí)，不同 (V{IN}) 下的效率曲線(xiàn)展示了芯片在不同負(fù)載下的效率表現(xiàn)。這有助于工程師根據(jù)實(shí)際負(fù)載需求選擇合適的輸入電壓和輸出電壓配置，以達(dá)到最佳的效率。

功率損耗與負(fù)載電流關(guān)系

功率損耗與負(fù)載電流的曲線(xiàn)顯示了在不同條件下芯片的功率損耗情況。通過(guò)分析這些曲線(xiàn)，工程師可以評(píng)估芯片在不同負(fù)載下的發(fā)熱情況，從而合理設(shè)計(jì)散熱方案。

其他性能特性

還包括歸一化的RUN閾值、輸出電壓、輸入電壓欠壓鎖定等與溫度的關(guān)系，以及啟動(dòng)電阻負(fù)載、最大輸出電流與輸入電壓的關(guān)系等。這些特性為工程師在不同的工作環(huán)境和負(fù)載條件下設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供了重要的參考依據(jù)。

引腳功能詳解

各引腳功能概述

• NC（引腳1/引腳4）：無(wú)連接，可連接到PCB地或浮空。
• VOUT（引腳2/引腳3）：可編程輸出電壓，需連接至少22μF的低ESR電容到地，電容大小可根據(jù)輸出電壓紋波和負(fù)載電流要求進(jìn)行調(diào)整。
• VAUX（引腳3/引腳5）：輔助電壓，用于為內(nèi)部電路供電，需連接至少2.2μF的陶瓷電容到地，根據(jù)應(yīng)用啟動(dòng)要求可使用更大的電容。
• VCC（引腳4/引腳6）：內(nèi)部電源軌，用于為內(nèi)部電路和偏置編程輸入供電，需使用0.1μF的陶瓷電容進(jìn)行去耦。
• OS1、OS2（引腳5, 6/引腳7, 8）： (V{OUT}) 選擇編程輸入，通過(guò)連接到地或 (V{CC}) 來(lái)編程輸出電壓。
• PGOOD（引腳7/引腳9）：電源良好指示器，開(kāi)漏輸出，當(dāng) (V_{OUT}) 低于編程電壓的8%時(shí)拉低。
• MPP（引腳8/引腳10）：最大功率點(diǎn)控制的設(shè)定點(diǎn)輸入，通過(guò)連接電阻到地來(lái)編程MPP比較器的激活點(diǎn)，也可直接連接到 (V_{CC}) 來(lái)禁用MPP電路。
• SS1、SS2（引腳10, 9/引腳12, 11）： (V{STORE}) 選擇編程輸入，根據(jù)PRI引腳的狀態(tài)和連接方式來(lái)編程 (V{STORE}) 電壓范圍。
• PRI（引腳11/引腳13）：主電池使能輸入，連接到 (V{CC}) 可啟用不可充電的主電池并禁用 (V{STORE}) 引腳的充電功能，連接到地可使用二次電池并啟用充電。
• ILIMSEL（引腳12/引腳14）：電流限制輸入選擇，連接到地可禁用自動(dòng)功率調(diào)整功能，連接到 (V_{CC}) 可啟用功率調(diào)整功能以實(shí)現(xiàn)更高的峰值電感電流。
• RUN（引腳13/引腳15）：用于啟用IC并設(shè)置自定義 (V{IN}) 欠壓閾值，有兩個(gè)閾值，電壓大于400mV（典型值）可啟用某些內(nèi)部IC功能，準(zhǔn)確的RUN閾值為600mV，可啟用 (V{IN}) 作為輸入。
• ENVSTR（引腳14/引腳16）：?jiǎn)⒂?(V{STORE}) 輸入，連接到 (V{STORE}) 可啟用 (V_{STORE}) 作為備用輸入，接地則禁用。
• GND（引腳15/引腳17和引腳21暴露焊盤(pán)）：連接到PCB地，用于內(nèi)部電氣接地和實(shí)現(xiàn)額定熱性能。
• VIN（引腳16/引腳18）：主電源輸入，需使用至少10μF的電容進(jìn)行去耦，根據(jù)源阻抗和負(fù)載要求，輸入電容值可能會(huì)更大。
• SW1、SW2（引腳18, 17/引腳20, 19）：降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)引腳，需在SW1和SW2引腳之間連接電感。
• VSTORE（引腳19/引腳1）：二次電源輸入，可連接主電池或可充電二次電池，當(dāng)PRI引腳為低電平時(shí)，可對(duì)存儲(chǔ)元件進(jìn)行涓流充電。
• VCAP（引腳20/引腳2）： (V{STORE}) 隔離引腳，用于隔離 (V{STORE}) 和去耦電容，對(duì)于主電池或高容量二次電池應(yīng)用，可連接到 (V_{STORE}) 。

工作原理與模式

工作流程概述

LTC3106的工作流程可以通過(guò)簡(jiǎn)化的操作流程圖來(lái)理解。在不同的配置下，如使用準(zhǔn)確RUN引腳和主電池備份、使用 (V{IN}) 欠壓鎖定和主電池備份、使用準(zhǔn)確RUN引腳和可充電電池備份、使用 (V{IN}) 欠壓鎖定和可充電電池備份等，芯片會(huì)根據(jù)輸入電壓、備用電池電壓等條件進(jìn)行相應(yīng)的操作，包括異步啟動(dòng)、同步切換、輸出電壓調(diào)節(jié)、充電等。

啟動(dòng)過(guò)程

芯片優(yōu)先從 (V{IN}) 啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)先對(duì)AUX輸出進(jìn)行充電，同步整流器禁用。當(dāng) (VAUX) 達(dá)到終端電壓后，再異步充電輸出電壓，直到 (V{OUT}) 達(dá)到約1.2V，然后進(jìn)入同步啟動(dòng)模式，直到 (V_{OUT}) 達(dá)到調(diào)節(jié)值并進(jìn)入正常運(yùn)行。

正常運(yùn)行模式

當(dāng) (VAUX) 達(dá)到約5.2V且 (V_{OUT}) 大于1.2V時(shí)，芯片進(jìn)入正常運(yùn)行模式。此時(shí)，集成的PowerPath控制電路會(huì)根據(jù)需要在輸入電源之間進(jìn)行無(wú)縫切換，以維持輸出電壓的調(diào)節(jié)并定期對(duì) (VAUX) 進(jìn)行充電。

不同工作模式

• 升壓模式：當(dāng) (V{IN}{OUT}-300 mV) 時(shí)，芯片工作在升壓模式，通過(guò)特定的開(kāi)關(guān)序列將輸入電壓升高到輸出電壓。
• 降壓模式：當(dāng) (V{IN}>V{OUT}+700 mV) 時(shí)，芯片工作在降壓模式，通過(guò)另一種開(kāi)關(guān)序列將輸入電壓降低到輸出電壓。
• 降壓 - 升壓模式：當(dāng) ((V{OUT}-700 mV){IN}<(V_{OUT}+300 mV)) 時(shí)，芯片工作在4開(kāi)關(guān)升壓/降壓模式，通過(guò)特定的開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。

  欠壓鎖定和最大功率點(diǎn)操作

  芯片內(nèi)部有欠壓鎖定（UVLO）電路，允許非常低的 (V{IN}) 電壓操作。當(dāng) (V{IN}) 低于一定閾值時(shí)，輸入源會(huì)切換到 (V{STORE}/V{CAP}) ，直到 (V{IN}) 上升到高于閾值。最大功率點(diǎn)控制電路允許用戶(hù)設(shè)置輸入電源的最佳輸入電壓工作點(diǎn)，通過(guò)“突發(fā)”技術(shù)維持 (V{IN}) 的最大功率點(diǎn)調(diào)節(jié)。

  PGOOD比較器和功率調(diào)整功能

  PGOOD比較器提供開(kāi)漏輸出，當(dāng) (V{OUT}) 低于編程值的10%（典型值）時(shí)拉低，當(dāng) (V{OUT}) 上升到編程值的8%（典型值）內(nèi)時(shí)，內(nèi)部PGOOD下拉關(guān)閉。功率調(diào)整功能通過(guò)ILIMSEL選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)負(fù)載調(diào)整電感電流的峰值和谷值，在輕負(fù)載時(shí)優(yōu)化效率，在重負(fù)載時(shí)提供更高的功率能力。