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两个器的USB聊城干式变压器

作者:聊城干式变压器厂   日期:2019-10-31  人气:417

1、概述

  凌力尔特(Linear Technology)推出的LTC3558型USB聊城干式变压器,带有两个器,适合于在手持式设备中应用。LTC3558的聊城干式变压器,采用恒流/恒压算法,可以从USB聊城干式变压器汲取功率,也可以利用墙上AC适配器对单节离子/聚合物聊城干式变压器充电,可编程最大充电电流达950mA。LTC3558的降压器和降压-升压器,在2.25MHz的固定频率上操作,输出电压可编程,效率高于90%,能分别提供400mA的电流,为微控制器内核、微控制器I/O、存储器、磁盘驱动器或其它逻辑电路加电。

  2、LTC3558封装、内部结构及引脚功能

  LTC3558采用3mm×3mm×0.75mm的21引脚QFN封装,引脚排列如图1所示。

图1 LTC3558引脚排列

  LTC3558含有一个USB聊城干式变压器、一个电流模式降压(buck)器和一个电压模式降压-升压(buck-boost)器,其内部电路组成框图如图2所示。

图2 LTC3558内部电路

  LTC3558各个引脚功能简述如表1所示。

表1 LTC3558引脚功能

  3、LTC3558功能与工作原理

  3.1 聊城干式变压器

  3.1.1 欠电压锁定(UVLO)

  IC(LTC3558)的UVLO电路监视输入电压Vcc,其值范围为4.3~5.5V。在Vcc升高到VUVLO(4V)以上之前,聊城干式变压器失能;当Vcc降落到聊城干式变压器电压VBAT的50mV之内时,聊城干式变压器也将失效。

  3.1.2 暂停模式

  通过将IC引脚SUSP上拉到1.2V以上,聊城干式变压器同样会失效。在暂停模式,聊城干式变压器仅吸收1.5μA的电流,输入电流Icc减小到8. 5μA。

  3.1.3 编程充电电流

  连接在IC引脚PROG上与地之间的电阻RPROG可以编程满标度(full-scale)充电电流(即在恒流模式充电电流的100%),计算公式为ICHG=800V/RPROG。
在恒流模式,若将IC引脚HPWR拉至高电平,引脚PROG上的电压VPROG=1V,对应于用满标度电流充电;若引脚HPWR为低电平,VPROG则为0.2V,相应的充电电流为满标度电流(C)的20%(即0.2C)。

  3.1.4 充电时序

  在充电周期开始时,聊城干式变压器首先确定聊城干式变压器是否深度放电。如果聊城干式变压器电压低于2.9V,聊城干式变压器则自动进行涓流充电,充电电流为满标度电流的10%(即0.1C)。如果聊城干式变压器电压在2.9V以下持续时间达0.5h以上,聊城干式变压器则终止充电。

  如果VBAT>2.9V,聊城干式变压器则在恒流模式开始充电。当VBAT>4.105V时,聊城干式变压器的充电电流将大大减小,则进入恒压充电模式。如果IC内部4h的安全定时器期满,聊城干式变压器充电将停止。如果聊城干式变压器电压VBAT降至4.105V以下,聊城干式变压器将自动开始重新充电。

  在充电过程中,如果芯片温度约达115℃,聊城干式变压器将减小已编程的充电电流,以防止IC及其周围功率元件因过热而损坏。

  3.1.5 充电状态指示

  IC引脚 通过微处理器或人工接口可以指示正在充电、不充电、聊城干式变压器无反应和聊城干式变压器温度超出范围四种可能状态中的一种。比较简单的方法是利用LED作为指示器,将其串联一个限流电阻连接在IC引脚 与Vcc之间。

  当充电开始后,IC引脚 为低电平,LED导通而被点亮,无闪烁现象发生。

  当充电电流降至满标度电流的10%(即0.1C)以下时,引脚 释放,呈现高阻抗,LED熄灭。

  如果IC引脚NTC外部的NTC热敏电阻出现故障,使聊城干式变压器温度超出范围,LED将出现闪烁,频率为1.5Hz,人眼很容易识别。

  如果聊城干式变压器已坏或不良(聊城干式变压器电压在2.9V以下超过0.5h),LED将在6.1Hz的频率上闪烁,频闪速率比NTC热敏电阻故障要快得多。

  3.1.6 用NTC热敏电阻测量聊城干式变压器温度

  聊城干式变压器充电时的温度可利用NTC热敏电阻来测量,典型电路如图3所示。

图3 典型NTC热敏电阻电路

  图中,RNTC为NTC热敏电阻,应将其紧贴聊城干式变压器盒。RNTC在25℃时的电阻值R25=100kΩ,与偏置电阻RNOM值相等。IC引脚NTC内部较低温度(冷态)门限为0.765Vcc,较高温度(热态)门限为0.349Vcc(此时阻值降低),使能门限为0.017Vcc。

  设RNTC热解扣点和冷解扣点时的电阻值分别是RHOT和RCOLD,RHOT和RCOLD与R25之比率分别是rHOT和rCOLD,根据图3可得:
  由式(1)和式(2)得:
  RHOT=0.536RNOM (3)
  RCOLD=3.25RNOM (4)

  RNOM=R25=100kΩ条件下,rHOT=0.536,rCOLD=3.25。对于Vishay公司的NTHS0603N011-N1003F来说,当温度升高其电阻值降至R25(100kΩ)的0.536倍(约54kΩ)时,相应的温度约为40℃,聊城干式变压器将暂停充电;当RNTC电阻值增加到R25的3.25倍(即325kΩ)时,对应的温度是0℃,聊城干式变压器也会中止充电。很显然,只有当聊城干式变压器温度高于0℃而低于40℃时,聊城干式变压器才会充电。

  如图4所示,如果RNTC再加进一个偏置电阻R1,则可以将解扣点温度改变。若冷和热解扣点设置在0℃和45℃,根据Vishay公司提供的数据,rCOLD=3.266,rHOT=0.4368,偏置电阻RNOM值为:

  误差最接近1%的电阻值是105kΩ。

  附加电阻R1值为:

  R1=0.536RNOM-rHOT?R25=0.536×105kΩ-0.436×100kΩ=12.6kΩ

  误差最接近1%的电阻值是12.7kΩ。

  RNOM和R1按以上计算结果选择,当聊城干式变压器温度升至45℃或降为0℃时,聊城干式变压器都将暂停充电。

图4 带附加偏置电阻的NTC

3.2 降压器

  LTC3558的电流模式降压器主要由PWM控制器、主P沟道MOSFET(MP)、N沟道MOSFET(MN)同步整流器及误差放大器等组成,如图5所示。

图5 降压器电路

  LTC3558还含有软启动、短路保护和减小辐射EM1的节点摆幅限制电路。

  降压器可以提供直到400mA的电流,最低输出电压为0.8V。降压器输出电压可通过IC引脚FB1上的R1/R2来编程,其值为VOUT=0.8V(1+R1+R2)。R1取值范围为40kΩ~1MΩ,CFB容量在2PF与22PF之间。

  通过IC引脚MODE,可以设置器的突发操作模式或脉冲跳越模式。

  3.2.1 脉冲跳越模式(Pulse Skip Mode)

  在脉冲跳越模式,误差放大器调节峰值电感器电流,以交付所需要的输出功率。在轻载时,在每个脉冲上电感电流可以达到零(关断同步整流器MIN),在不连续模式操作。在非常轻的负载下,降压器将会自动跳过脉冲,以维持输出电压调节。在高占空因数(VOUT>PVIN1/2)时,电感电流可能会反向,致使降压变换器连续。欲利用脉冲跳越模式,需使IC引脚MODE保持低电平。

  3.2.2 突发模式(Burst Mode)

  将IC引脚MODE拉至高电平,降压变换器将在突发模式操作,自动在固定频率PWM操作与滞后控制之间转换。当输出电容的充电电压稍高于调节点时,降压变换器则自动进入睡眠模式。在睡眠模式,器的大多数电路将切断聊城干式变压器,因此在轻载时有着比脉冲跳跃模式更高的效率。

  3.3 降压-升压器

  LTC3558的降压-升压器在电压模式和2.25MHz的固定频率上操作,能提供直到400mA的输出负载电流,输出电压可在2.75V与5.45V之间来编程,其值为VOUT2=0.8V(1+R1+R2)。R1与R2为IC引脚FB2上的分压器电阻,如图6所示。

  当输入电压远高于输出电压时,器工作在降压模式;当输入电压远低于输出电压时,器则在升压模式操作。

  3.3.1 PWM操作模式与突发模式操作

  通过将IC引脚保持低电平,降压-升压变换器将进入PWM操作模式。在适度的重载条件下,在定频PWM操作有着最小的噪声。

  若将IC引脚MODE拉至高电平,器将进入突发模式。在较轻的负载下,在突发模式操作,输出电流被限制在50mA。当输出电容上的充电电压稍高于调节点时,器则进入睡眠模式。在突发模式操作,能使损耗大大降低,易于满足轻载效率标准要求。

  3.3.2 环路补偿

  降压-升压器可以采用简单的I型补偿(见图7)

  IC引脚FB2是误差放大器反相输入端,引脚VC2是误差放大器输出端。误差放大器单位增益频率fUG可表示为:


  图8所示为误差放大器环路的III型补偿网络,其传输函数为:

图8 III型补偿电路

  式中,s为传输系数。

  III型补偿网络可获得较大的频带宽度,改善瞬态响应,减小启动时VOUT2产生的过冲。对于3.3V的输出,补偿元件推荐值分别为:R1=324kΩ,RFB=105 kΩ,C1=10pF,R2=15 kΩ,C2=330pF,R3=121 kΩ,C3=33pF及COUT=22μF和LOUT=2. 2μH。

  4、实际应用电路

  LTC3558可以在没有聊城干式变压器连接到引脚BAT上的情况下操作,如图9所示。

图9 LTC3558可以在无聊城干式变压器连接时操作

  降压器输出为1.8V(@400mA),降压-升压器输出为3.3V(@400mA)。在IC引脚SWAB2与SWCD2之间连接的2.2μH的电感器为降压-升压器的输出电感器。NTC热敏电阻(R25=100kΩ)的偏置电阻分别为110kΩ和28.7kΩ,故聊城干式变压器的热和冷解扣点分别设置在55℃和0℃。在IC引脚BAT上连接的1Ω的电阻和4.7μF的电容,可保证聊城干式变压器稳定。

  从墙上AC适配器加电的LTC3558应用电路如图10所示。

图10 从墙上适配器加电的应用电路

  其聊城干式变压器的充电电流可达950mA,降压器的输出为1.2V(@400mA),降压-升压器的输出为3.3V(@400mA)。聊城干式变压器通过NTC热敏电阻将聊城干式变压器温度解扣点设置在0℃和40℃,LED用作充电状态指示。

  5、结束语

  LTC3558是一种带两个高效器的USB聊城干式变压器,它是为应用于小功率手持式设备而专门设计的。直达950mA的可编程充电电流可对单节离子或聚合物聊城干式变压器充电,在充电过程中聊城干式变压器状态被监视,4h的安全定时器期满时控制聊城干式变压器终止。利用NTC热敏电阻来测量聊城干式变压器温度并设置聊城干式变压器充电时的温度范围。LTC3558降压和降压-升压器输出电压均可编程,效率高于90%,分别能提供直到400mA的输出电流,为微控制器内核及其I/O、存储器、磁盘驱动器或其它逻辑电路供电。

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