LTC3675 是一個節省空間的單芯片電源解決方案，適用于靠單節鋰離子電池運行的多軌應用。其 4mm x 7mm QFN 封裝中含有兩個 500mA 降壓型穩壓器、兩個 1A 降壓型穩壓器、一個 1A 升壓型穩壓器、一個 1A 降壓-升壓型穩壓器、一個能以高達 25mA 驅動兩串 LED 的升壓型 LED 驅動器、以及一個為內務處理微處理器供電的始終保持接通的 25mA LDO。所有穩壓器都可通過 I2C 加以控制。圖 1 所示是一個靠單節鋰離子電池運行的 8 軌解決方案。
圖 1：通過單個 IC，可用鋰離子電池提供 8 個電源軌，其中包括一個 LED 驅動器。
EXPOSED PAD：裸露焊盤
I2C CONTROL：I2C 控制
MICROPROCESSOR CONTROL：微處理器控制
PUSHBUTTON：按鈕
UP TO 10 LEDS：多達 10 個 LED
Li-Ion CELL：鋰離子電池
ALL PULL UP RESISTORS ARE 100k：*所有上拉電阻器均為 100k。
開關穩壓器的特點
LTC3675 中的所有電壓穩壓器都是內部補償的單片同步穩壓器。降壓型穩壓器和降壓-升壓型穩壓器可以通過使能引腳或 I2C 啟動，而升壓型穩壓器僅通過 I2C 啟動。穩壓器的反饋調節電壓可通過 I2C 設定在 425mV 至 800mV 的范圍內 (以 25mV 步進)。
每個穩壓器都提供兩種輕負載工作模式。降壓型穩壓器提供突發模式 (Burst Mode®) 工作以實現最高效率，降壓型穩壓器還提供脈沖跳躍模式以實現更加能可預測的 EMI。升壓型和降壓-升壓型穩壓器提供突發模式工作和 PWM 模式。每個穩壓器的工作模式都可以通過 I2C 設定。
這些穩壓器還具有可通過 I2C 在開關邊沿設定轉換率的控制，在開關邊沿處，快速切換可產生更高的效率，而慢速切換可改善 EMI 性能。
并聯降壓型穩壓器實現更強的負載電流能力
LTC3675 中任何兩個連續編號的降壓型穩壓器都可并聯連接，以產生具合并的負載電流能力的單個穩壓器輸出。例如，降壓型穩壓器 1 (能提供 1A 電流) 和穩壓器 2 (能提供 1A) 并聯起來，以提供高達 2A 負載電流的單個降壓型穩壓器。類似地，降壓型穩壓器 2 和穩壓器 3 可以并聯，以產生負載電流能力高達 1.5A 的單個降壓型穩壓器，降壓型穩壓器 3 和穩壓器 4 可以并聯，以產生負載電流能力高達 1A 的單個降壓型穩壓器。
當兩個降壓型穩壓器并聯時，號碼較小的降壓型穩壓器充當主穩壓器，以及控制號碼較大的從屬降壓型穩壓器的功率級。組合降壓型穩壓器的行為方式是通過主 (號碼較小的) 穩壓器設定的。為了將一個降壓型穩壓器配置為從屬穩壓器，其反饋引腳必須連接至 VIN，而且主穩壓器和從屬穩壓器的開關節點必須一起短接到一個共用的電感器。從開關引腳到電感器，主穩壓器和從屬穩壓器的走線阻抗必須保持相同，以在兩個功率級中得到較好的電流分配。走線阻抗不同可能影響組合降壓型穩壓器的負載能力。
在圖 2 所示應用中，降壓型穩壓器 1 和穩壓器 2 并聯，其中降壓型穩壓器 1 充當主穩壓器，降壓型穩壓器 2 作為從屬穩壓器。
圖 2：并聯降壓型穩壓器 1 和穩壓器 2 可提高負載電流能力。利用通常用來驅動 LED 串的升壓型穩壓器產生 12V 輸出。
EXPOSED PAD：裸露焊盤
I2C CONTROL：I2C 控制
MICROPROCESSOR CONTROL：微處理器控制
PUSHBUTTON：按鈕
Li-Ion CELL：鋰離子電池
*ALL PULL UP RESISTORS ARE 100k D1：*所有上拉電阻器均為 100k。
LED 驅動器的特點
LED 驅動器能驅動兩個 LED 串，每串的 LED 數目可多達 10 個。LED 驅動器可以另行配置為高壓升壓型穩壓器。
當為驅動兩個 LED 串的驅動器配置時，LED 1 或 LED 2 引腳中電壓較低的引腳是穩定點。在圖 1 中，LED_FS 引腳上的 20k 電阻器將 LED 的滿標度電流設定為 25mA。在這個電流值上，兩個 LED 串之間實現了好于 1% 的匹配。自動分級電路允許 LED 電流以用戶設定的速率改變。
就要求 LED 偏置到高于 25mA 電流的應用而言，通過 I2C 設定編程寄存器中的一個位，所設定的電流就可以加倍。就 20k LED_FS 電阻器而言，設定這個位，就設定了 50mA 的滿標度電流。以這種模式使用時，輸出電壓限定為 20V。
LED 驅動器配置為高壓升壓型穩壓器
利用 I2C 命令，可以將 LED 驅動器配置為以高壓升壓型穩壓器工作。LED_OV 引腳充當反饋引腳。高達 40V 的輸出電壓可以用外部電阻器設定。在圖 2 中，LED 驅動器配置為升壓型穩壓器，提供 12V 輸出。為了保持穩定性，平均電感器電流不得超過 750mA。就一個 12V 輸出而言，在整個輸入電壓范圍內，可以提供高達 150mA 的負載電流。
按鈕接口和順序加電
LTC3675 可以利用 ONB 引腳加電或斷電。與 ONB、RSTB 和 WAKE 引腳有關的時序都由 CT 電容器設定。在以下討論中，假定 CT 電容器的值是 0.01μF。
利用按鈕接口和精確的使能門限，可以順序啟動穩壓器。當所有穩壓器都斷開時，使能引腳門限為 650mV。一個穩壓器一旦通過 I2C 或其使能引腳啟動，那么其余使能引腳的門限就設定為精確的 400mV。這允許實現控制良好的順序加電。
初始加電之后，如果沒有穩壓器尚未啟動，那么就保持 ONB 引腳為低并持續 400ms，這將使 WAKE 引腳變高并持續 5 秒。WAKE 引腳可以硬連接到一個使能引腳，以給任何單獨的穩壓器加電，然后該穩壓器的輸出可以用來給另一個穩壓器加電。LTC3675 能以這種方式順序加電，如圖 3 所示。圖 4 所示是降壓型穩壓器 1、接下來是降壓型穩壓器 2、然后是降壓型穩壓器 3 的順序加電。在 WAKE 引腳變為 LOW 之前，必須寫入一條 I2C 命令，以強調降壓型穩壓器 1 的已啟動狀態。否則，當 WAKE 引腳被拉低時，降壓型穩壓器 1 關斷，從而引起降壓型穩壓器 2 和穩壓器 3 也斷電。
圖 3：具穩壓器啟動排序的單串 LED 驅動器
EXPOSED PAD：裸露焊盤
I2C CONTROL：I2C 控制
MICROPROCESSOR CONTROL：微處理器控制
PUSHBUTTON：按鈕
Li-Ion CELL：鋰離子電池
*ALL PULL UP RESISTORS ARE 100k：*所有上拉電阻器均為 100k。
圖 4：順序啟動的 4 個降壓型穩壓器
100us/DIV：每格 100us
如果 LTC3675 有一個或更多個穩壓器已啟動，那么按下 ONB 引腳上的按鈕，并持續 5 秒鐘，就產生一次硬復位。硬復位使所有已啟動的穩壓器斷電并持續 1 秒鐘。1 秒鐘之后，退出硬復位狀態，而且 I2C 寄存器全都設定為缺省狀態。還可以通過 I2C 命令利用 RESET_ALL 位產生硬復位。
一旦 LTC3675 處于 ON 狀態，那么 PBSTAT 引腳就反應 ONB 引腳的狀態。在初始加電時，如果 ONB 引腳被拉低，而且所有穩壓器都斷開，那么 PBSTAT 就保持在高阻抗狀態。如果某個穩壓器被啟動，那么 ONB 變低并持續至少 50ms，并使 PBSTAT 也變低。
I2C 的特點
I2C接口通過 11 個程序寄存器和兩個狀態寄存器提供可編程性和狀態報告。可以在任何時間讀取這些寄存器的內容，以確保正確工作。
每個開關穩壓器都與單個程序寄存器有關，而 LED 驅動器由兩個程序寄存器控制。UVOT 程序寄存器用來選擇 8 個預置欠壓報警門限之一和 3 個預置芯片溫度報警門限之一。
如果已經發生了故障，那么 I2C 端口也用來復位 IRQB 引腳和鎖存的狀態寄存器位。
錯誤情況報告 —— 利用 RSTB 引腳實現加電復位
當報告錯誤情況時，LTC3675 的 RSTB 和 IRQB 引腳被拉低，否則這兩個引腳保持高阻抗狀態。所報告的錯誤情況包括失穩輸出電壓、輸入欠壓和過熱警報。
每個穩壓器都有一個內部電源良好 (PGOOD) 信號，該信號指示輸出電壓狀態。如果穩壓器已啟動，且輸出電壓比設定值低 7.5% 以上，那么穩壓器的輸出電壓就被定義為不良。PGOOD 位設定為零，表明輸出電壓不良。LED 驅動器僅當配置為高壓升壓型穩壓器時，才使用其 PGOOD 信號。
如果沒有屏蔽，那么 PGOOD 位變低將拉低 RSTB 引腳。錯誤情況清除以后，RSTB 引腳返回高阻抗狀態。通過設定 RSTB 屏蔽寄存器，用戶可以有選擇地屏蔽某種錯誤情況，以在該錯誤發生時，不拉低 RSTB 引腳。例如，如果升壓型穩壓器已啟動，但用戶不需要知道其輸出的狀態，那么用戶就可以設定 RSTB 屏蔽寄存器，以在該升壓型寄存器的輸出不良時，使 RSTB 引腳不被拉低。
RSTB 引腳可以用來實現加電復位功能。某個穩壓器啟動以后，RSTB 引腳被拉低，并保持低電平狀態，直到該穩壓器的輸出電壓高于 PGOOD 門限并持續 200ms 為止。之后，RSTB 引腳返回到高阻抗狀態。上述例子假定，RSTB 屏蔽寄存器中的內容設定為，允許已啟動穩壓器的 PGOOD 信號拉低 RSTB 引腳。
當發生錯誤時，IRQB 引腳也被拉低，并保持低電平，即使錯誤狀況得到糾正也不變。IRQB 引腳是利用 I2C 命令清除的。除了報告不良的穩壓器輸出電壓，如果超過輸入欠壓或過熱報警門限二者之一，IRQB 引腳也被拉低。通過設定 IRQB 屏蔽寄存器，可以有選擇地屏蔽導致 IRQB 引腳被拉低的錯誤情況。輸入欠壓警報和過熱警報不可屏蔽。
實時狀態寄存器和鎖存狀態寄存器中的數據準確揭示故障本質。當錯誤情況改變時，實時狀態寄存器中錯誤報告位的狀態也隨之改變。當未屏蔽錯誤情況發生時，鎖存狀態寄存器的信息是鎖定的，在鎖定事件后，該寄存器中的內容不再變化。在 IRQB 清除命令生效時，清除鎖存狀態寄存器中的內容。
輸入欠壓故障報警和停機
LTC3675 能在輸入電壓低至 2.7V 時工作。然而，在鋰離子電池一路放電至 2.7V 期間，其他器件也許需要停機或進入低功率狀態。LTC3675 提供一個輸入欠壓報警信號，其門限可通過 I2C 設定為 8 個電平之一。當輸入電壓降至設定的門限電壓時，IRQB 引腳被拉低，表明出現了故障。狀態寄存器可讀以確定故障，并采取任何所需的糾正措施。
LTC3675 還提供輸入欠壓停機功能，如果輸入電源電壓降至低于 2.45V，那么就關斷所有已啟動的穩壓器。程序寄存器中的內容被復位到缺省狀態。一旦輸入電壓升高到超過 2.55V，就恢復工作。
過熱故障報警和停機
LTC3675 占用非常小的電路板空間，但能提供超過 15W 的輸出功率。即使是其高效率穩壓器，總的效率損失也會產生熱量，這會提高芯片的溫度。為了保護芯片和其他組件，LTC3675 提供 4 個可通過 I2C 選擇的芯片溫度報警門限。當芯片溫度超過選定的報警門限時，IRQB 引腳拉低。如果有警報，那么狀態寄存器就可讀以確定故障原因。
如果芯片溫度超過 150oC，那么所有已啟動的穩壓器都停機，程序寄存器復位到缺省狀態。一旦芯片溫度降至低于 135oC，就恢復工作。
結論
LTC3675 非常適用于要求用單節鋰離子電池提供多個電源軌的應用。6 個穩壓器加上一個驅動兩個 LED 串的驅動器，使 LTC3675 有別于同類電源管理解決方案。可通過 I2C 編程以及故障報告使設計師能以高效率使用電池功率，從而最大限度地延長電池運行時間，同時還可實現熱量管理。LTC3675 采用節省空間的 4mm x 7mm QFN 封裝。
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