Одно устройство заменяет зарядное устройство аккумуляторов, контроллер кнопки, драйвер светодиодов и регулятор напряжения

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2017

Marty Merchant, Linear Technology

Design Note 470

Введение

В микросхеме LTCR3577/LTC3577-1 интегрировано множество функций управления питанием, упрощающих и удешевляющих конструкцию мобильных устройств. В перечень основных функций входят:

• Пять регуляторов напряжения для питания памяти, схемы ФАПЧ, кодека, сигнального процессора и контроллера сенсорного экрана;
• Зарядное устройство для аккумуляторов и менеджер PowerPath (контроллер распределения токов источников – ред.);
• Драйвер светодиодов для подсветки ЖК-дисплея, клавишей и/или кнопок;
• Контроллер управления кнопками для подавления дребезга при замыкании и размыкании со схемой управления последовательностью включения напряжений, позволяющий пользователю использовать принудительный сброс при зависании микроконтроллера.

Сочетание в LTC3577/LTC3577-1 такого числа функций не просто сокращает количество требуемых микросхем, а кардинально решает проблемы функционального взаимодействия за счет совместной работы отдельных элементов, улучшающей характеристики конечного продукта. Например, если устройство получает питание от USB, лимитированный входной ток логически распределяется между выходами источников питания и зарядным устройством.

LTC3577/LTC3577-1 выполняет и другие важные функции, включая управление PowerPath [1], защиту входа от превышения напряжения для устройств, работающих в тяжелых условиях, и регулировку скорости нарастания выходных сигналов импульсных источников, позволяющую снижать уровни ЭМИ при одновременной оптимизации КПД. Микросхема LTC3577-1 ориентирована на увеличение ресурса аккумулятора, для чего поддерживает его напряжение холостого хода равным 4.1 В, в то время как микросхема LTC3577 рассчитана на стандартное напряжение холостого хода 4.2 В для максимального времени работы аккумулятора.

Управление кнопкой

Встроенная в LTC3577/ LTC3577-1 схема управления кнопкой подавляет дребезг контактов и, кроме того, управляет последовательностью включения напряжений. Статусный выход PB индицирует отпускание кнопки, позволяя микропроцессору изменить режим работы или запустить последовательность отключения питания. Удержание кнопки в нажатом состоянии в течение пяти секунд принудительно сбрасывает микросхему. Принудительный сброс отключает три понижающих преобразователя, два LDO регулятора и драйвер светодиодов, предоставляя пользователю возможность снять питание устройства в случае зависания микропроцессора.

Аккумулятор, USB и сетевой адаптер в качестве источников входного напряжения

LTC3577/LTC3577-1 разработана для прямого подключения двух источников питания и литий-ионного (Li-ion) и/или литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора. Порог ограничения входного тока вывода V_BUS программируется на уровне 100 мА или 500 мА для приложений с питанием от USB, или 1 А для приложений большей мощности. Источник напряжения большой мощности, например 5 В, можно подключить через внешний управляемый полевой транзистор. Вывод управления напряжением (V_C) может использоваться для установки выходных напряжений высоковольтных понижающих преобразователей, таких как LT3480, LT3563 или LT3505, на уровне, немного превышающем напряжение аккумулятора, для оптимизации режима работы зарядного устройства.

Рисунок 1.	Блок схема распределения питания портативного устройства с помощью микросхемы LTC3577/LTC3577-1.

На Рисунке 1 изображена блок-схема системы, основанной на микросхеме LTC3577/LTC3577-1. Схема защиты от повышенных напряжений предохраняет один или оба входа питания от высоковольтных выбросов. При отсутствии иных источников энергии или в случае превышения предельного входного тока на выводе V_BUS LTC3577/LTC3577-1 обеспечивает питание от Li-ion/Li-Pol аккумулятора.

Устройство зарядки аккумуляторов

Зарядное устройство микросхем LTC3577/LTC3577-1 обеспечивает зарядный ток до 1.5 А либо от источника, подключенного к входу V_BUS, либо от сетевого адаптера. Кроме того, в зарядном устройстве реализованы функции автоматической перезарядки и капельной подзарядки. Используя шину I²C, можно cчитать содержимое регистра, характеризующее состояние процесса зарядки и статус NTC термистора. Поскольку полностью заряженные литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы с нагревом стремительно теряют емкость, LTC3577/LTC3577-1 снижают напряжение на батарее по мере ее нагрева, продлевая ее ресурс и повышая безопасность использования.

Три понижающих преобразователя, два LDO регулятора и повышающий драйвер светодиодов

LTC3577/LTC3577-1 содержит пять программируемых резисторами понижающих регуляторов: два импульсных преобразователя с выходным током до 500 мА каждый, третий преобразователь с током до 800 мА и два LDO стабилизатора, способных отдавать в нагрузку ток до 150 мА. Включение всех регуляторов осуществляется через интерфейс I²C. Индивидуальные входы LDO регуляторов позволяют подключать их к выходам низковольтных понижающих преобразователей для улучшения общего КПД устройства. Оба регулятора могут работать при низких напряжениях, минимальные значения которых устанавливаются на уровне 0.8 В.

Последовательность включения трех понижающих регуляторов (V_OUT1, V_OUT2, затем V_OUT3) задается либо контроллером кнопки, либо логическим сигналом на управляющем входе микросхемы. Каждый из понижающих преобразователей может быть индивидуально переключен в пульсирующий режим для оптимизации КПД, или в режим попуска импульсов для снижения пульсаций при легких нагрузках. Запатентованная схема управления скоростью нарастания, программируемая через интерфейс I²C, позволяет обменивать КПД на снижение уровня электромагнитных излучений.

Повышающий драйвер светодиодов микросхем LTC3577/LTC3577-1 можно нагрузить последовательной цепочкой, содержащей до 10 светодиодов с током до 25 мА, или же сконфигурировать его повышающим преобразователем с постоянным выходным напряжением. В режиме драйвера светодиодов ток управляется 6-битным логарифмическим ЦАП, обеспечивающим глубину диммирования 60 дБ. В случае необходимости дальнейшего снижения яркости используется внутреннее ШИМ управление. Ток светодиодов плавно нарастает и спадает с одной из четырех различных скоростей. Защита от повышенного напряжения предохраняет внутренние силовые транзисторы от повреждения при обрыве нагрузки. При альтернативном использовании драйвера в качестве преобразователя с фиксированным выходным напряжением он способен отдавать в нагрузку мощность до 0.75 Вт при напряжении до 36 В.

Рисунок 2.	Двуполярный повышающий преобразователь.

Для питания многих аналоговых схем требуется двуполярное напряжение. Чтобы превратить повышающий преобразователь в двуполярный источник, достаточно добавить к его коммутационному узлу простую схему зарядового насоса, показанную на Рисунке 2. Два диода, включенных в прямом направлении, учитывают падение напряжения на двух диодах инвертирующего зарядового насоса и, кроме того, улучшают перекрестную стабилизацию. В повышающих схемах, где перекрестная стабилизация не важна, или при относительно небольших нагрузках на шине отрицательного напряжения, для увеличения КПД лучше использовать один прямой диод.

Заключение

Высокий уровень интеграции микросхем LTC3577/LTC3577-1 сокращает количество внешних компонентов, площадь печатной платы и общую стоимость системы и существенно упрощает разработку схемы, решая множество сложных проблем управления потоками энергии.

Ссылки

Материалы по теме