許多電子設(shè)備必須在各種輸入電源之間無(wú)縫轉(zhuǎn)換，例如電池、汽車電源軌、墻上適配器和 USB 端口。傳統(tǒng)上，電源設(shè)計(jì)人員依靠肖特基二極管或優(yōu)先 PowerPath（IC 控制的 MOSFET 開(kāi)關(guān)）來(lái)組合輸入源。由于這兩種方法都需要在開(kāi)關(guān)電源前面安裝額外的元件，因此解決方案尺寸和設(shè)計(jì)復(fù)雜性增加，同時(shí)整體電源效率降低。憑借其可直接采用兩個(gè)不同的輸入電源運(yùn)作的能力，LTC3126 消除了這些缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了更小、效率更高的多電源電源。

LTC3126 直接由兩個(gè)獨(dú)立的電源工作，通過(guò)最大限度減少組件數(shù)量和解決方案尺寸（如圖 1 所示），大大簡(jiǎn)化了此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)保持了較高的整體系統(tǒng)效率。其寬廣的輸入電壓范圍、僅 2μA 的低總電源靜態(tài)電流以及低于嚴(yán)格的 CISPR 25 5 類汽車限制的輻射輻射增強(qiáng)了易用性，如圖 2 所示。

圖1.LTC3126 提供了一個(gè)采用 3.4cm 尺寸的完整雙輸入電源解決方案2.

圖2.LTC3126 在標(biāo)準(zhǔn)演示 PCB 上運(yùn)作，通過(guò)了以紅色顯示的 CISPR 25 5 類輻射發(fā)射限值。

理想二極管或模式

LTC3126 支持兩個(gè)引腳可選的電源路徑?控制模式：理想二極管OR模式（此處描述）和優(yōu)先通道模式（如下所述）。在理想二極管 OR 模式下（如圖 3 所示），LTC3126 仿真一個(gè)理想的二極管 OR 電路，其中降壓型轉(zhuǎn)換器自動(dòng)采用兩個(gè)輸入電源的較高電壓工作。這種工作模式在兩個(gè)電源具有非重疊電壓范圍的應(yīng)用中非常有用，例如，電壓范圍為 3V 至 4.2V 的可充電鋰電池和標(biāo)稱輸出為 12V 的墻上適配器。

圖3.在理想二極管模式下，LTC3126 仿真一個(gè)分立二極管 OR 電路，同時(shí)免除了肖特基的功率損耗、壓降和反向漏電流。

LTC3126 包含兩個(gè)內(nèi)部低電阻、高邊開(kāi)關(guān)，采用圖 4 所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排列，因而允許降壓型轉(zhuǎn)換器直接采用任一輸入電源工作，而無(wú)需額外的電源路徑組件。與傳統(tǒng)的肖特基二極管方法相比，這有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在肖特基二極管方法中，分立器件用于完成此任務(wù)：

典型的 40V、2A 肖特基二極管在全電流下正向壓降至少為 500mV。這種壓降增加了所需的工作裕量，使得無(wú)法從接近穩(wěn)壓軌電壓的輸入電壓源運(yùn)行，從而減少了電池放電曲線的可用部分。對(duì)于一個(gè) 3.3V 輸出，圖 5 示出了使用 LTC3126 而不是肖特基-OR后接降壓轉(zhuǎn)換器所消除的典型額外裕量電壓。

肖特基正向壓降也會(huì)導(dǎo)致顯著的效率損失。在滿負(fù)載時(shí)，這可能導(dǎo)致1 W的額外功率損耗，這意味著整體功率轉(zhuǎn)換效率降低4%至5%，如圖6所示。LTC3126 消除了這種功率損耗。

分立式肖特基方法存在高漏電流進(jìn)入未使用的輸入端。一個(gè)典型的 40V、2.5A 肖特基器件在 25°C 時(shí)可能具有 500μA 的漏電流，在 100°C 時(shí)增加到數(shù)十毫安 — 進(jìn)入未使用輸入的大量電流 — 使用 LTC3126 幾乎消除了這種情況。

圖4.LTC3126 的電源開(kāi)關(guān)拓?fù)涮峁┝俗罴训男屎妥钚〉慕鉀Q方案尺寸，因?yàn)榻祲盒娃D(zhuǎn)換器能夠直接采用任一輸入 V 工作合1或 VHNS，無(wú)需額外的電源路徑組件。

圖5.LTC3126 的無(wú)損 PowerPath 設(shè)計(jì)允許在操作時(shí)降低輸入電壓，同時(shí)保持一個(gè) 3.3V 輸出的穩(wěn)壓。

圖6.LTC3126 的無(wú)損 PowerPath 設(shè)計(jì)可顯著提高效率。

優(yōu)先通道模式

在許多雙電源應(yīng)用中，兩個(gè)輸入可能在功能電壓范圍內(nèi)重疊，需要盡可能優(yōu)先使用一個(gè)輸入，因此不希望采用二極管OR解決方案（以更高的電壓為準(zhǔn)）。例如，由12V密封鉛酸電池和汽車電源軌供電的設(shè)備通常設(shè)計(jì)為在汽車輸入存在時(shí)由汽車輸入工作，以延長(zhǎng)電池壽命。

這需要比肖特基二極管更復(fù)雜的電源路徑解決方案，需要使用專用的PowerPath控制器IC和MOSFET開(kāi)關(guān)。圖 7 顯示，LTC3126 及其引腳可選的優(yōu)先通道模式將此功能與開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器集成在一起，從而免除了在電源路徑中增設(shè)串聯(lián) MOSFET 開(kāi)關(guān) （和控制器） 的需要。這項(xiàng)創(chuàng)新簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，降低了電路板面積要求，提高了效率，并最大限度地降低了功率級(jí)的總靜態(tài)電流。

圖7.在優(yōu)先通道模式中，LTC3126 優(yōu)先采用 V 操作合1只要有效，輸入，并從 V 恢復(fù)為操作合2僅當(dāng)電壓對(duì)V時(shí)合1無(wú)效。LTC3126 將 PowerPath 選擇電路與降壓型轉(zhuǎn)換器 IC 相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)更高的效率和更低的靜態(tài)電流，以及更小、更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。

在優(yōu)先通道模式下，LTC3126 的每個(gè)輸入都具有一個(gè)用戶可配置的最小電壓門(mén)限，超過(guò)該門(mén)限，通道被視為有效。內(nèi)部降壓轉(zhuǎn)換器直接從優(yōu)先通道 V 工作合1，無(wú)論次級(jí)輸入端存在何種電壓，只要它有效。

降壓轉(zhuǎn)換器僅從次級(jí)通道 V 恢復(fù)工作狀態(tài)合2，當(dāng)優(yōu)先級(jí)通道無(wú)效時(shí)。

輸入之間的單開(kāi)關(guān)周期轉(zhuǎn)換

使用外部 MOSFET 的 PowerPath 控制器通常需要大量時(shí)間在通道之間切換，以避免快速開(kāi)關(guān)事件引起的瞬變。當(dāng)通道關(guān)閉時(shí)，控制器必須足夠慢地關(guān)閉，以避免快速中斷輸入電流。同樣，當(dāng)某個(gè)通道被激活時(shí)，PowerPath控制器必須軟啟動(dòng)該通道的外部MOSFET。

為避免在拔出輸入時(shí)負(fù)載電源中斷，必須存在一個(gè)大的保持或儲(chǔ)能電容器，以提供足夠的電荷來(lái)支持負(fù)載，直到電源路徑完全轉(zhuǎn)換到備用輸入。所需的大阻值電容器以及必須額定在任一輸入的最大電壓這一事實(shí)通常導(dǎo)致它成為系統(tǒng)中最大的組件。

相比之下，LTC3126 中開(kāi)關(guān)的專有配置允許其在單個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)從一個(gè)輸入轉(zhuǎn)換到另一個(gè)輸入。圖 8 示出了 LTC3126 從 13.8V 輸入轉(zhuǎn)換 V 時(shí)產(chǎn)生的單周期切換期間的開(kāi)關(guān)引腳、輸出電壓和電感電流波形合1至 V 上的 24V 輸入合2.這種近乎瞬時(shí)的切換最大限度地減少了被拔出的通道上所需的保持電容量，并減少了輸出電壓的任何干擾。在這種情況下，通道轉(zhuǎn)換期間的輸出電壓擾動(dòng)低于40mV，約為3.3V輸出的1%。

圖8.LTC3126 在輸入通道之間的單周期轉(zhuǎn)換降低了保持電容要求并最大限度地減小了輸出電壓擾動(dòng)。

2μA 總靜態(tài)電流

可編程PowerPath控制器使用電阻分壓器為每個(gè)輸入通道設(shè)置有效閾值電壓，如圖10所示。分壓器輸出通過(guò)比較器與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。

由于擔(dān)心PCB泄漏，大多數(shù)應(yīng)用中的最高可用電阻值約為1M，因此即使器件處于關(guān)斷狀態(tài)，也會(huì)從輸入軌通過(guò)電阻分壓器消耗明顯的電流。對(duì)于 24V 輸入，每個(gè)輸入通道的電流很容易達(dá)到 19μA。

此外，在許多高可靠性應(yīng)用中，例如汽車環(huán)境，最大允許電阻值限制為100k。這可能導(dǎo)致僅電阻分壓器每個(gè)輸入通道消耗超過(guò)100μA的電流。

為了最大限度地減小閾值設(shè)置電阻分壓器中的輸入電流損耗，LTC3126 采用圖 9 所示的新穎架構(gòu)為每個(gè)通道建立最小輸入電壓門(mén)限。五世裁判輸出在內(nèi)部調(diào)節(jié)至一個(gè)精確的、溫度穩(wěn)定的1.00V，并用作外部電阻分壓器的基準(zhǔn)，用于設(shè)置每個(gè)輸入通道的欠壓鎖定閾值。

圖9.LTC3126 采用一種新穎的方法來(lái)建立 UVLO 門(mén)限，該門(mén)限通過(guò)免除連接至輸入電壓源的電阻分壓器的需要而最大限度地減小靜態(tài)電流。

圖 10.用于定義 PowerPath 器件的 UVLO 閾值的傳統(tǒng)方法利用了 V 中的大量靜態(tài)電流在-連接的電阻分壓器。

每個(gè) UVLO 閾值等于相應(yīng) V 處電壓的 20 倍設(shè)置針。例如，對(duì) V 進(jìn)行編程座1引腳至 0.5V 導(dǎo)致 UV LO 門(mén)限為 10V（對(duì)于 V合1渠道。由于每個(gè)分壓器兩端的電壓僅為1V，而不是全輸入電壓，因此靜態(tài)電流降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。當(dāng)采用一個(gè) 24V 輸入工作時(shí)，該特性與低靜態(tài)電流突發(fā)模式操作相結(jié)合，可將 LTC3126 的總靜態(tài)電流減小至 ~2μA，同時(shí)在輸出軌上保持調(diào)節(jié)。即使使用低于100k的電阻值，典型靜態(tài)電流仍低于10μA。?

	LTC3126	LTC3118
模式	麚	降壓-升壓
可編程輸入 UVLO 閾值
理想二極管或優(yōu)先級(jí) V在 選擇模式
輸入范圍	2.4V 至 42V	2.2V 至 18V
輸出范圍	0.818V 至 V在	2V 至 18V
輸出電流能力	2.5安培	5V/2A 用于 V在> 6V
工作頻率	200kHz 至 2.2MHz	1.2兆赫
靜態(tài)電流	突發(fā)模式操作時(shí)為 2μA，停機(jī)模式時(shí)為 1μA	突發(fā)模式操作時(shí)為 50μA，停機(jī)模式中為 2μA
包	28 引腳 4 毫米 × 5 毫米 QFN 和 28 引腳 TSSOP	4 毫米× 5 毫米 24 引腳 QFN 或 28 引腳 TSSOP

五世裁判輸出還可用作系統(tǒng)中其他比較器或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的溫度穩(wěn)定基準(zhǔn)，從而進(jìn)一步降低IC要求。

輻射發(fā)射低于 CISPR 25 5 類限制

CISPR 25提供了一種測(cè)試汽車電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化方法，以確保電氣子系統(tǒng)不會(huì)干擾常見(jiàn)的RF接收器，包括衛(wèi)星導(dǎo)航，藍(lán)牙，蜂窩電話和廣播接收器。由于車輛中電氣子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加，射頻接收器的數(shù)量不斷增加，因此此類系統(tǒng)的制造商越來(lái)越關(guān)注由于意外發(fā)射而對(duì)車輛的干擾。

開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器可能特別關(guān)注輻射發(fā)射，因?yàn)樗鼈兙哂懈吖β?、快速開(kāi)關(guān)邊沿以及存在許多承載開(kāi)關(guān)大振幅電流的組件，這些都可能成為麻煩輻射源。LTC3126 采用專有技術(shù)在不降低效率或降低工作頻率的情況下最大限度地減小輻射發(fā)射。

憑借其低噪聲固定頻率操作，LTC3126 的輻射發(fā)射遠(yuǎn)低于 CISPR 25 5 類限值，如圖 2 所示。此處所示的 CISPR 25 5 類一致性測(cè)試是在國(guó)家認(rèn)可的獨(dú)立 EMI 測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，該實(shí)驗(yàn)室使用標(biāo)準(zhǔn) LTC3126 演示印刷電路板進(jìn)行測(cè)量，該電路板工作在 0.5A 和 1A 負(fù)載下，采用 12V 輸入。圖2所示的兩條輻射發(fā)射曲線用于接收天線的水平和垂直極化，符合CISPR 25規(guī)范的要求。盡管CISPR 25規(guī)范規(guī)定了150kHz至1Ghz頻率范圍內(nèi)的輻射發(fā)射，但圖2中的數(shù)據(jù)繪制在30MHz至1GHz范圍內(nèi)的線性軸上。這通常是最感興趣的范圍，因?yàn)榈陀?0MHz的較低頻率發(fā)射比該頻段的CISPR限值低30dBμV/m以上。

“最后一口氣”備用電源

在許多系統(tǒng)中，“最后喘息”的備用電源功能正在成為一項(xiàng)要求，在這些系統(tǒng)中，功能必須在斷電后短暫保持，以便執(zhí)行受控關(guān)斷，將重要信息存儲(chǔ)到非易失性存儲(chǔ)器或提醒其他系統(tǒng)即將關(guān)斷。固態(tài)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，也許是最引人注目的例子，利用備用電源在電源故障時(shí)將SDRAM中的緩存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到非易失性閃存中，以防止數(shù)據(jù)丟失。然而，這種最后喘息的功能現(xiàn)在正擴(kuò)展到從工業(yè)控制器到醫(yī)療設(shè)備的各種系統(tǒng)。

越來(lái)越多的這些最后喘息電源依靠超級(jí)電容器作為備用電源，因?yàn)樗鼈儙缀鯚o(wú)限的循環(huán)壽命和免維護(hù)運(yùn)行。圖 11 示出了在主電源被移除時(shí)使用 LTC3126 將無(wú)毛刺轉(zhuǎn)換到備用電源的最后喘息電源電路?；?PNP 的 LDO 用于將超級(jí)電容器充電至 5V，并提供反向阻斷，以確保在主電源崩潰時(shí)超級(jí)電容器沒(méi)有放電路徑。在本例中，LTC3126 配置為利用低至 10V 的 UVLO 門(mén)限的初級(jí) 12V 輸入，此時(shí)該器件自動(dòng)轉(zhuǎn)換至次級(jí)輸入上的超級(jí)電容器電源。

圖 11.LTC3126 與一個(gè)反向阻斷 LDO 結(jié)合使用，以提供一個(gè)完整的最后喘息超級(jí)電容器后備電源。

輸出軌的保持時(shí)間取決于超級(jí)電容器的充電電壓V帽，輸出軌電壓，V外、負(fù)載電流、I負(fù)荷、超級(jí)電容器的大小C和轉(zhuǎn)換器的平均效率η。變量 V最低是維持所需輸出軌電壓所需的最小輸入電壓。如果輸出必須保持穩(wěn)壓，則 V最低等于輸出軌電壓加上降壓轉(zhuǎn)換器在所需負(fù)載電流下的壓差。

對(duì)于3.3V電源軌上的1A輸出負(fù)載，壓差約為300mV。因此，需要3.6V的最小輸入電壓來(lái)維持輸出軌的調(diào)節(jié)。假設(shè)平均效率為90%，估計(jì)保持時(shí)間為1.6s，這與圖12所示測(cè)得的保持時(shí)間為1.5s非常吻合。

圖 12.LTC3126 與一個(gè) 1F、5.5V 超級(jí)電容器配合使用，可在電源故障時(shí)提供一個(gè) 1.5 秒的保持時(shí)間，以對(duì)抗一個(gè) 1A 負(fù)載的 3.3V 輸出軌。此時(shí)，當(dāng)器件進(jìn)入壓差操作時(shí)，輸出會(huì)正常下降。

高效同步操作

LTC3126 集成了一個(gè)內(nèi)部同步整流器，從而降低了功耗、提高了效率并最大限度地減小了解決方案尺寸。當(dāng)在較低輸出電壓下工作時(shí)，同步整流特別有益，其中外部肖特基二極管的壓降占輸出電壓的很大一部分。引腳可選的突發(fā)模式操作優(yōu)化了輕負(fù)載下的效率，如圖13所示。該轉(zhuǎn)換器在 1mA 至 2.5A 的整個(gè)負(fù)載電流范圍內(nèi)保持超過(guò) 87% 的效率。

圖 13.在突發(fā)模式操作中，在 1mA 至 2.5A 的寬負(fù)載電流范圍內(nèi)，效率超過(guò) 87%。

高效率簡(jiǎn)化了熱管理，最大限度地減少了元件數(shù)量并緩解了設(shè)計(jì)問(wèn)題。圖 14 顯示，即使在滿負(fù)載條件下具有非常高的降壓比，LTC3126 芯片溫度也僅升高 36°C。

圖 14.使用 V 操作在= 12V， V外在2MHz開(kāi)關(guān)頻率下= 3.3V，在2.5A的全額定負(fù)載電流下，芯片溫升僅比環(huán)境溫度高36°C。

開(kāi)關(guān)頻率可設(shè)置為高達(dá) 2.2MHz，以消除噪聲敏感型汽車應(yīng)用的 AM 頻段內(nèi)的干擾，并且開(kāi)關(guān)可同步至外部提供的時(shí)鐘以進(jìn)一步降低噪聲。當(dāng)輸入電壓減小到編程輸出電壓時(shí)，LTC3126 通過(guò)保持高端接通多個(gè)周期來(lái)維持穩(wěn)壓。這產(chǎn)生了超過(guò)99%的有效高端開(kāi)關(guān)占空比，對(duì)于1A負(fù)載，壓差降至280mV，從而擴(kuò)展了可用輸入電壓范圍，以最大限度地利用電池放電范圍。

總結(jié)

LTC?3126 是一款雙輸入、單 IC 解決方案，用于高效率、緊湊的電源。由于無(wú)損 PowerPath 功能集成在降壓型轉(zhuǎn)換器中，因此 LTC3126 實(shí)現(xiàn)了無(wú)與倫比的效率、應(yīng)用尺寸和低靜態(tài)電流。其 2.4V 至 42V 的寬輸入電壓范圍支持多種電源，包括汽車、大多數(shù)電池化學(xué)成分、多節(jié)電池組、USB 和穩(wěn)壓不良的墻上適配器。

LTC3126 在停機(jī)模式操作期間具有 1μA 的低電流，在突發(fā)模式操作中具有 2μA 電流，這使得 LTC3126 非常適合于電池供電型應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，低電流消耗使其能夠保持連續(xù)使能狀態(tài)，從而避免了一個(gè)監(jiān)控電路用于上電 / 關(guān)斷電源的開(kāi)銷。LTC3126 非常適合高性能移動(dòng)設(shè)備、不間斷電源和由雙輸入電源供電的工業(yè)測(cè)試設(shè)備。

審核編輯：郭婷