LTC3106：低電壓、高性能的理想選擇

在電子工程師的日常工作中，電源管理芯片是設計中至關重要的一環。今天要給大家介紹一款非常出色的電源管理芯片——LTC3106，它是一款高度集成、超低電壓的降壓 - 升壓DC/DC轉換器，具備自動PowerPath管理功能，專為多源、低功耗系統優化。

文件下載：LTC3106.pdf

核心特性解析

雙輸入降壓 - 升壓與PowerPath管理

LTC3106采用雙輸入降壓 - 升壓架構，并集成了PowerPath?管理器。這一特性使得它能夠在不同電源之間實現無縫切換，確保系統的穩定供電。當主電源不可用時，能迅速切換到備用電源，為系統提供持續的電力支持。

超低啟動電壓

該芯片具有超低的啟動電壓，在無備用電源時，850mV即可啟動；而在有備用電源的情況下，僅需300mV就能啟動。這種特性使得它在能量收集等低電壓應用場景中表現出色，能夠充分利用微弱的電源。

數字可選輸出電壓和存儲電壓

通過數字方式可以選擇輸出電壓 (V{out}) 和存儲電壓 (V{STORE})，這為工程師提供了更大的設計靈活性，能夠根據不同的應用需求進行精確配置。

最大功率點控制

最大功率點控制功能確保了電源與負載之間的功率傳輸達到最優。在能量收集應用中，能夠最大程度地提取電源的能量，提高系統的效率。

超低靜態電流

LTC3106的靜態電流僅為1.6μA，這對于低功耗系統來說至關重要。在待機狀態下，能夠顯著降低功耗，延長電池的使用壽命。

多種工作模式與功能

它支持調節輸出，無論輸入電壓 (V{IN}) 或存儲電壓 (V{STORE}) 高于、低于還是等于輸出電壓，都能穩定工作。此外，還具備可選的備用電池涓流充電功能、貨架模式斷開功能以延長電池保質期、Burst Mode? 操作、精確的RUN引腳閾值以及電源良好輸出電壓指示等功能。

可選峰值電流限制

提供90mA/650mA的可選峰值電流限制，工程師可以根據具體的應用需求進行選擇，以滿足不同負載的要求。

封裝形式

該芯片提供熱增強型3mm × 4mm 16引腳QFN和20引腳TSSOP封裝，方便不同的PCB布局和設計需求。

電氣特性分析

輸入電壓相關特性

• 啟動電壓：從 (V_{IN}) 啟動時，在特定條件下，典型啟動電壓為0.85V，最大為1.2V。
• 最大和最小工作電壓： (V{IN}) 的最大工作電壓為5.1V，最小工作電壓在不同條件下有所不同，例如在 (V{STORE}) 處于工作電壓限制內，RUN > 0.613V，ENVSTR引腳 > 0.8V時，典型值為0.3V。
• 靜態電流：在不同工作狀態下，如啟動、關機、非開關狀態等， (V_{IN}) 的靜態電流有不同的數值，例如啟動時典型值為1μA，關機時典型值為300nA等。

  存儲電壓相關特性

• 最大和最小工作電壓： (V_{STORE}) 的最大工作電壓為4.3V，最小工作電壓在特定條件下為2.1V。
• 欠壓鎖定：欠壓鎖定閾值典型值為1.778V。
• 工作電壓范圍：通過不同的引腳配置， (V_{STORE}) 有不同的工作電壓范圍可供選擇。

  輸出電壓調節特性

  輸出電壓可以通過OS1和OS2引腳進行選擇，可選值包括1.8V、2.2V、3.3V和5V，并且在不同的溫度范圍內有相應的調節精度。

  其他特性

  還包括各種MOSFET的漏電流、導通電阻，以及峰值電流限制、谷值電流限制、PGOOD閾值等電氣特性。

典型性能特性

效率與負載電流關系

從典型性能特性曲線可以看出，在不同的輸入電壓和輸出電壓條件下，效率隨負載電流的變化情況。例如，當 (V{OUT}) 為1.8V、2.2V、3.3V或5V時，不同 (V{IN}) 下的效率曲線展示了芯片在不同負載下的效率表現。這有助于工程師根據實際負載需求選擇合適的輸入電壓和輸出電壓配置，以達到最佳的效率。

功率損耗與負載電流關系

功率損耗與負載電流的曲線顯示了在不同條件下芯片的功率損耗情況。通過分析這些曲線，工程師可以評估芯片在不同負載下的發熱情況，從而合理設計散熱方案。

其他性能特性

還包括歸一化的RUN閾值、輸出電壓、輸入電壓欠壓鎖定等與溫度的關系，以及啟動電阻負載、最大輸出電流與輸入電壓的關系等。這些特性為工程師在不同的工作環境和負載條件下設計系統提供了重要的參考依據。

引腳功能詳解

各引腳功能概述

• NC（引腳1/引腳4）：無連接，可連接到PCB地或浮空。
• VOUT（引腳2/引腳3）：可編程輸出電壓，需連接至少22μF的低ESR電容到地，電容大小可根據輸出電壓紋波和負載電流要求進行調整。
• VAUX（引腳3/引腳5）：輔助電壓，用于為內部電路供電，需連接至少2.2μF的陶瓷電容到地，根據應用啟動要求可使用更大的電容。
• VCC（引腳4/引腳6）：內部電源軌，用于為內部電路和偏置編程輸入供電，需使用0.1μF的陶瓷電容進行去耦。
• OS1、OS2（引腳5, 6/引腳7, 8）： (V{OUT}) 選擇編程輸入，通過連接到地或 (V{CC}) 來編程輸出電壓。
• PGOOD（引腳7/引腳9）：電源良好指示器，開漏輸出，當 (V_{OUT}) 低于編程電壓的8%時拉低。
• MPP（引腳8/引腳10）：最大功率點控制的設定點輸入，通過連接電阻到地來編程MPP比較器的激活點，也可直接連接到 (V_{CC}) 來禁用MPP電路。
• SS1、SS2（引腳10, 9/引腳12, 11）： (V{STORE}) 選擇編程輸入，根據PRI引腳的狀態和連接方式來編程 (V{STORE}) 電壓范圍。
• PRI（引腳11/引腳13）：主電池使能輸入，連接到 (V{CC}) 可啟用不可充電的主電池并禁用 (V{STORE}) 引腳的充電功能，連接到地可使用二次電池并啟用充電。
• ILIMSEL（引腳12/引腳14）：電流限制輸入選擇，連接到地可禁用自動功率調整功能，連接到 (V_{CC}) 可啟用功率調整功能以實現更高的峰值電感電流。
• RUN（引腳13/引腳15）：用于啟用IC并設置自定義 (V{IN}) 欠壓閾值，有兩個閾值，電壓大于400mV（典型值）可啟用某些內部IC功能，準確的RUN閾值為600mV，可啟用 (V{IN}) 作為輸入。
• ENVSTR（引腳14/引腳16）：啟用 (V{STORE}) 輸入，連接到 (V{STORE}) 可啟用 (V_{STORE}) 作為備用輸入，接地則禁用。
• GND（引腳15/引腳17和引腳21暴露焊盤）：連接到PCB地，用于內部電氣接地和實現額定熱性能。
• VIN（引腳16/引腳18）：主電源輸入，需使用至少10μF的電容進行去耦，根據源阻抗和負載要求，輸入電容值可能會更大。
• SW1、SW2（引腳18, 17/引腳20, 19）：降壓 - 升壓轉換器開關引腳，需在SW1和SW2引腳之間連接電感。
• VSTORE（引腳19/引腳1）：二次電源輸入，可連接主電池或可充電二次電池，當PRI引腳為低電平時，可對存儲元件進行涓流充電。
• VCAP（引腳20/引腳2）： (V{STORE}) 隔離引腳，用于隔離 (V{STORE}) 和去耦電容，對于主電池或高容量二次電池應用，可連接到 (V_{STORE}) 。

工作原理與模式

工作流程概述

LTC3106的工作流程可以通過簡化的操作流程圖來理解。在不同的配置下，如使用準確RUN引腳和主電池備份、使用 (V{IN}) 欠壓鎖定和主電池備份、使用準確RUN引腳和可充電電池備份、使用 (V{IN}) 欠壓鎖定和可充電電池備份等，芯片會根據輸入電壓、備用電池電壓等條件進行相應的操作，包括異步啟動、同步切換、輸出電壓調節、充電等。

啟動過程

芯片優先從 (V{IN}) 啟動，啟動時先對AUX輸出進行充電，同步整流器禁用。當 (VAUX) 達到終端電壓后，再異步充電輸出電壓，直到 (V{OUT}) 達到約1.2V，然后進入同步啟動模式，直到 (V_{OUT}) 達到調節值并進入正常運行。

正常運行模式

當 (VAUX) 達到約5.2V且 (V_{OUT}) 大于1.2V時，芯片進入正常運行模式。此時，集成的PowerPath控制電路會根據需要在輸入電源之間進行無縫切換，以維持輸出電壓的調節并定期對 (VAUX) 進行充電。

不同工作模式

• 升壓模式：當 (V{IN}{OUT}-300 mV) 時，芯片工作在升壓模式，通過特定的開關序列將輸入電壓升高到輸出電壓。
• 降壓模式：當 (V{IN}>V{OUT}+700 mV) 時，芯片工作在降壓模式，通過另一種開關序列將輸入電壓降低到輸出電壓。
• 降壓 - 升壓模式：當 ((V{OUT}-700 mV){IN}<(V_{OUT}+300 mV)) 時，芯片工作在4開關升壓/降壓模式，通過特定的開關控制實現電壓的調節。

  欠壓鎖定和最大功率點操作

  芯片內部有欠壓鎖定（UVLO）電路，允許非常低的 (V{IN}) 電壓操作。當 (V{IN}) 低于一定閾值時，輸入源會切換到 (V{STORE}/V{CAP}) ，直到 (V{IN}) 上升到高于閾值。最大功率點控制電路允許用戶設置輸入電源的最佳輸入電壓工作點，通過“突發”技術維持 (V{IN}) 的最大功率點調節。

  PGOOD比較器和功率調整功能

  PGOOD比較器提供開漏輸出，當 (V{OUT}) 低于編程值的10%（典型值）時拉低，當 (V{OUT}) 上升到編程值的8%（典型值）內時，內部PGOOD下拉關閉。功率調整功能通過ILIMSEL選項實現，可根據負載調整電感電流的峰值和谷值，在輕負載時優化效率，在重負載時提供更高的功率能力。