多節高容量電池在手持設備和工業儀器中變得越來越普遍，這些設備和工業儀器從各種來源接收電力。為了最大限度地延長電池運行時間并支持各種電源，多電源系統中的穩壓器必須能夠保持恒定的輸出電壓，即使輸入電壓源位于輸出之上、下方或等于輸出。這可以通過兩個獨立的電源轉換器和兩個控制器IC來實現。更好的解決方案是使用單個降壓-升壓DC/DC轉換器，它提供了更小、更簡單、更高效的設計，這些屬性在手持設備中至關重要。

LTC?3111 是一款單片式降壓-升壓型轉換器，其輸入和輸出電壓范圍為 2.5V 至 15V，并具有 1.5A 的輸出電流能力。它允許從各種電源轉換，例如單節或多節鋰離子電池、鉛酸電池、電容器組、USB 電纜或墻上適配器。

除了寬工作范圍之外，LTC3111 還具有凌力爾特專有的低噪聲降壓-升壓 PWM 控制架構，從而有效地消除了在跨越升壓和降壓操作之間的界限時可能發生的抖動和 EMI。這減少或消除了對系統中噪聲敏感數據轉換或RF電路進行昂貴濾波或屏蔽的需求。可選的突發模式操作可大幅降低電源轉換器的靜態電流，從而延長電池供電設備空閑時的工作時間。?

精確的運行門限能夠精確設置轉換器的導通門限電壓。集成的故障保護功能包括：電流限制、熱關斷和短路保護，可在惡劣環境中提供穩健的操作。對于元件尺寸至關重要的應用，800kHz 默認開關頻率可同步至 1.5MHz。

圖 3111 所示的基于 LTC1 的轉換器能夠以一個 18V 輸出產生 12W 的功率。解決方案占地面積小于180mm2，比基于控制器的降壓-升壓更緊湊，在類似功率水平下比復雜的雙電感SEPIC轉換器設計效率更高。主要的外部元件僅限于輸入、輸出濾波電容器和功率電感器。LTC3111 采用耐熱性能增強型 16 引腳 4mm × 3mm DFN 或 16 引腳 MSOP 封裝。

圖1.基于 LTC3111 的 18W 解決方案。

1節、2節和3節鋰離子電池的精確運行閾值

LTC3111 的 RUN 引腳既可用于通過數字選擇使能 / 停用轉換器，也可用于設置一個準確的用戶可編程欠壓閉鎖 （UVLO） 門限 — 通過一個電阻分壓器從 V在接地。LTC3111 的 1.2V （在整個溫度范圍內為 ±5%） 的 RUN 門限允許定制轉換器的導通門限電壓。一旦使能，在RUN引腳上引入120mV的遲滯，要求源輸入電壓下降10%，然后才能禁用電源轉換。

圖 2 示出了一款應用電路，其中準確的 RUN 引腳門限用于在由一節、兩節或三節鋰離子電池供電時打開 LTC3111 轉換器。對于單節電池情況，R 為 267k，將 LTC3111 RUN 引腳配置為在輸入電壓大于 3.3V 時接通，并在輸入電壓降至 3V 以下時關斷。

圖2.該解決方案中可使用 3111 節、<> 節和 <> 節鋰離子電池，并具有 LTC<> 的準確 RUN 門限功能。

通過改變R的值，該技術可以應用于兩個或三個串聯單元設計，如圖2的表所示。輸出電壓對緩慢斜坡V的響應在對于單細胞情況如圖3所示。Vout在單節電池配置中，當輸入電壓達到3.3V時導通，在3V時關斷。同樣，該圖可以針對2節和3節電池的情況進行縮放，其中導通/關斷門限分別為6.6V/6V和9.9V/9V。精確的 RUN 功能還可以應用于必須將操作限制在最小輸入工作電壓的電源，例如電容器組、鉛酸或鎳鎘電池。

圖3.LTC3111 利用針對單個鋰離子解決方案的準確運行來提升輸入電壓響應。

在典型電壓下工作的單節、兩節和三節鋰離子電池設計的效率曲線如圖4所示。在所有三種電池電壓下均可實現大于 90% 的峰值效率。請注意，當輸入電壓小于5V時，6V輸出的最大負載電流能力會降低。LTC3111 的產品手冊提供了性能曲線，其中顯示了針對各種輸出電壓的 PWM 和突發模式操作中的最大輸出電流能力與輸入電壓的關系，以幫助確定負載是否能夠在特定輸入范圍內得到支持。

圖4.5節、<>節和<>節鋰離子電池的<>V輸出效率。

多個輸入源

LTC3111 的寬工作范圍使得從多個輸入電源為器件供電變得容易。圖 5 示出了 LTC4412 PowerPath 控制器 （SOT-23 封裝） 從兩個輸入源中較高者中進行選擇的應用。LTC4412 在所選的 P 溝道 MOSFET 兩端維持一個 20mV 正向電壓，從而將損耗降至最低。在該電路中，LTC4412 將 LTC3111 的輸入切換至一個 7.2V 鋰離子電池或 12V 墻上適配器中的較大者。

圖5.LTC4412 電源路徑?控制器選擇最高電壓輸入來為 LTC3111 轉換器供電。

基于兩個輸入源的3.3V輸出的效率曲線與負載電流的關系如圖6所示。峰值效率達到 89% 以上。可選突發模式操作具有 49μA 的典型休眠電流，可在 20 倍頻程的負載電流范圍內擴展高效率。

圖6.LTC3111 效率與負載電流的關系 VOUT = 3.3V、VIN = 7.2V 和 12V。

LTC3111 包括用于最小化環路增益變化的電路，從而改善了線路瞬態響應。如圖7所示，在20μs上升和下降轉換期間，采用一個22μF輸出電容和1A負載在降壓操作中，VOUT調節率保持在50mV（1.5%）以內。

圖7.VOUT = 3.3V時的線路響應，VIN從7.2V步進到12V。

采用 LTC3111 的可變輸出電壓

對于諸如電機控制、照明或電源裕量測試等應用，LTC3111 可配置為一個可變電壓電源。這可以通過多種方式實現。圖8顯示了一種方法：在FB引腳和控制電壓（VCONTROL).

圖8.LTC3111 配置為一個可變輸出電源。

編程輸出電壓可使用以下公式計算：

其中R1是連接在VOUT和FB之間的電阻，R2是從FB和地連接的電阻，R3是從FB和VCONTROL連接的電阻。

圖9顯示了工作在100Hz的0V至1.2V斜坡控制信號的輸出電壓響應。相應的輸出電壓擺幅為 10V 至 2.5V，從 VCONTROL 到 VOUT 提供 6.2 的反相增益。低噪聲PWM控制提供輸入信號的低失真和高質量復制。

圖9.采用 LTC3111 的可變輸出響應。

當將 LTC3111 用作可變輸出電壓穩壓器時，當 Vout> Vin（即，當器件處于升壓或升壓模式時）。如圖10所示，轉換器的升壓比有效地降低了最大輸出電流能力。

圖 10.PWM 模式下的最大輸出電流與輸出電壓的關系VIN = 5V.

例如，V時的輸出電流能力外= 2V在大約是 V 時能力的一半外= V在.在上面的示例應用中，輸出端施加一個固定的500mA負載，該器件能夠在所有輸出電壓下供電。為確保轉換器穩定性，此應用的補償值在最高升壓比V下確定在= 5V 至 V外= 10V。

總結

LTC3111 為需要擴展輸入或輸出電壓范圍的各種應用提供了低噪聲降壓-升壓轉換。LTC3111 能夠有效地支持高負載電流，使其成為高功率器件的理想選擇。解決方案尺寸和轉換效率得益于 90mΩ 內部 N 溝道 MOSFET 開關和耐熱增強型封裝。低靜態電流突發模式操作可在數十年的負載電流內擴展高效率，在許多電池供電應用中實現更長的運行時間。

審核編輯：郭婷