LTC3577/LTC3577 - 1：高度集成的 6 通道便攜式電源管理 IC 解析

在便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。一個(gè)好的電源管理芯片能夠提高設(shè)備的性能、延長電池壽命并增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。LTC3577/LTC3577 - 1 就是這樣一款高度集成的電源管理 IC，它為單節(jié)鋰離子/聚合物電池應(yīng)用提供了全面的解決方案。今天，我們就來深入探討一下這款芯片的特點(diǎn)、應(yīng)用和工作原理。

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一、芯片概述

LTC3577/LTC3577 - 1 是 Linear Technology 公司推出的一款高度集成的電源管理 IC，專為單節(jié)鋰離子/聚合物電池應(yīng)用設(shè)計(jì)。它集成了 PowerPath 管理器、電池充電器、理想二極管、輸入過壓保護(hù)以及多個(gè)其他內(nèi)部保護(hù)功能，還包括三個(gè)同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器、兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）和一個(gè) 40V LED 背光控制器。該芯片采用了小型的 4mm × 7mm 44 - 引腳 QFN 封裝，非常適合便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)需求。

二、主要特性

（一）充電與電源路徑控制

• PowerPath 管理：具備自動(dòng)負(fù)載優(yōu)先級(jí)和精確的輸入電流限制功能，確保輸入電流不違反 USB 平均輸入電流規(guī)范。同時(shí)，通過理想二極管保證即使在 (V{BUS}) 電源不足或缺失時(shí)，(V{OUT}) 也能獲得充足的電力。
• 高效充電：支持高達(dá) 38V 的電源進(jìn)行高效大電流充電，內(nèi)置的 Bat - Track 控制器可實(shí)現(xiàn)高效充電。最大充電電流可達(dá) 1.5A，并具有熱調(diào)節(jié)功能，當(dāng)芯片溫度升高時(shí)，會(huì)自動(dòng)降低充電電流，以防止過熱損壞。
• 電池浮充電壓可選：LTC3577 的電池浮充電壓為 4.2V，LTC3577 - 1 為 4.1V，可根據(jù)不同的電池需求進(jìn)行選擇。

（二）多通道穩(wěn)壓器

• 降壓開關(guān)穩(wěn)壓器：包含三個(gè) 2.25MHz 恒頻電流模式降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，分別提供 800mA、500mA 和 500mA 的輸出電流。支持 100% 占空比操作和突發(fā)模式操作，在輕負(fù)載時(shí)具有高效率，且無需外部補(bǔ)償組件。
• 低壓差線性穩(wěn)壓器：兩個(gè) 150mA 可調(diào)輸出的 LDO 穩(wěn)壓器，可通過 (I^{2}C) 接口進(jìn)行啟用和禁用控制。

（三）其他特性

• LED 背光控制：板載 LED 背光升壓電路可驅(qū)動(dòng)多達(dá) 10 個(gè)串聯(lián) LED，并通過 (I^{2}C) 輸入實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字調(diào)光。
• 輸入過壓保護(hù)：能夠通過外部組件（N 溝道 FET 和 6.2k 電阻）保護(hù)自身免受 (V_{BUS}) 或 WALL 上意外施加的過電壓影響。
• 低電池漏電電流：在硬復(fù)位狀態(tài)下，電池漏電電流僅為 6μA，有效延長電池續(xù)航時(shí)間。

三、工作原理

（一）PowerPath 操作

PowerPath 控制器會(huì)根據(jù)負(fù)載和電源情況，合理分配輸入電源的功率。如果負(fù)載電流和充電電流之和不超過編程的輸入電流限制，(V{OUT}) 將通過內(nèi)部 200mΩ P 溝道 MOSFET 連接到 (V{BUS})；如果超過限制，電池充電器會(huì)自動(dòng)降低充電電流，以滿足外部負(fù)載的需求，同時(shí)保持輸入電流不超過限制。此外，通過 WALL 引腳可以檢測(cè)外部電源的存在，當(dāng)檢測(cè)到外部電源時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開 USB 電源路徑，防止反向傳導(dǎo)。

（二）電池充電

電池充電過程分為涓流充電和恒流/恒壓充電兩個(gè)階段。當(dāng)電池電壓低于 (V{TRKL})（通常為 2.85V）時(shí)，進(jìn)入涓流充電階段，充電電流為編程值的 10%；當(dāng)電池電壓高于 2.85V 時(shí)，進(jìn)入恒流充電階段，充電電流將嘗試達(dá)到 (1000V/R{PROG})。當(dāng)電池電壓接近浮充電壓時(shí)，進(jìn)入恒壓充電階段，此時(shí)充電電流逐漸減小。內(nèi)置的安全定時(shí)器會(huì)在進(jìn)入恒壓充電階段后啟動(dòng)，定時(shí)器到期后充電將終止。當(dāng)電池電壓下降到 (V_{RECHRG}) 以下時(shí)，會(huì)自動(dòng)重新啟動(dòng)充電。

（三）降壓開關(guān)穩(wěn)壓器操作

降壓開關(guān)穩(wěn)壓器具有脈沖跳躍模式和突發(fā)模式兩種操作模式。在脈沖跳躍模式下，通過比較電感峰值電流和誤差放大器的輸出，來控制主 P 溝道 MOSFET 開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷；在突發(fā)模式下，穩(wěn)壓器會(huì)根據(jù)負(fù)載電流自動(dòng)在固定頻率 PWM 操作和滯后控制之間切換，以在輕負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的效率。

（四）(I^{2}C) 接口操作

LTC3577 通過標(biāo)準(zhǔn)的 (I^{2}C) 2 線接口與總線主控進(jìn)行通信。用戶可以通過 (I^{2}C) 接口對(duì) LDO、降壓開關(guān)穩(wěn)壓器和 LED 背光等功能進(jìn)行控制，同時(shí)也可以讀取芯片的狀態(tài)信息。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

由于其高度集成的特性和豐富的功能，LTC3577/LTC3577 - 1 適用于多種便攜式設(shè)備，包括：

• 個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備（PNDs）：為設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，確保導(dǎo)航功能的正常運(yùn)行。
• 數(shù)字多媒體廣播（DMB/DVB - H）設(shè)備：滿足設(shè)備對(duì)電源管理的高要求，保證信號(hào)接收和播放的穩(wěn)定性。
• 數(shù)字/衛(wèi)星收音機(jī)：高效的電源管理有助于提高收音機(jī)的音質(zhì)和續(xù)航能力。
• 媒體播放器：為播放器的各個(gè)組件提供穩(wěn)定的電壓和電流，保障播放質(zhì)量。
• 便攜式工業(yè)/醫(yī)療產(chǎn)品：在工業(yè)和醫(yī)療環(huán)境中，對(duì)電源的穩(wěn)定性和可靠性要求較高，該芯片能夠滿足這些需求。
• 通用遙控器、照片查看器等：小巧的封裝和低功耗特性使其非常適合這些小型便攜式設(shè)備。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

（一）布局考慮

• 接地連接：芯片背面的裸露接地焊盤必須焊接到電路板的接地平面上，以確保良好的熱接觸和電氣連接。
• 輸入輸出電容：使用低 ESR 的陶瓷電容進(jìn)行去耦，輸出電容應(yīng)保持足夠的電容值，以保證穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)。
• 布線長度：縮短降壓開關(guān)穩(wěn)壓器輸入電源引腳和其去耦電容之間的連接長度，減少電感。同時(shí)，盡量縮短開關(guān)功率走線和反饋引腳的長度，避免敏感節(jié)點(diǎn)受到干擾。

（二）熱管理

為了確保芯片在各種條件下都能提供最大充電電流，需要合理考慮熱管理。可以通過計(jì)算芯片的功耗和熱阻，來估算在不同環(huán)境溫度下芯片的工作情況。當(dāng)芯片溫度過高時(shí)，熱調(diào)節(jié)功能會(huì)自動(dòng)降低充電電流，以保護(hù)芯片和周圍組件。

（三）元件選擇

• 電感選擇：對(duì)于降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，推薦使用 2.2μH 至 10μH 的電感。對(duì)于輸出電流為 500mA 的穩(wěn)壓器，建議使用 4.7μH 的電感；對(duì)于 800mA 的穩(wěn)壓器，建議使用 3.3μH 的電感。同時(shí)，應(yīng)選擇具有低 DC 電阻和足夠電流額定值的電感。
• 二極管選擇：在 LED 升壓轉(zhuǎn)換器中，選擇合適的二極管至關(guān)重要。應(yīng)選擇能夠承受峰值電感電流和平均輸出電流、且結(jié)電容盡可能低的二極管，以提高轉(zhuǎn)換效率。

六、總結(jié)

LTC3577/LTC3577 - 1 是一款功能強(qiáng)大、高度集成的電源管理芯片，為便攜式設(shè)備的電源設(shè)計(jì)提供了全面的解決方案。它的多種特性和靈活的配置選項(xiàng)使其適用于各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充分考慮布局、熱管理和元件選擇等因素，以確保芯片能夠發(fā)揮最佳性能。相信通過對(duì)這款芯片的深入了解和合理應(yīng)用，我們能夠設(shè)計(jì)出更加高效、穩(wěn)定的便攜式設(shè)備。

各位工程師朋友，在你們的設(shè)計(jì)中是否也遇到過電源管理方面的挑戰(zhàn)呢？對(duì)于 LTC3577/LTC3577 - 1 這款芯片，你們有什么獨(dú)特的見解或經(jīng)驗(yàn)可以分享嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論！