LTC3455提供了一种紧凑，易于使用的解决方案，可以在三种不同的输入电源之间无缝转换:单节锂离子电池，USB端口和5V墙壁适配器。该器件包含两个同步降压(降压)DC/DC转换器，一个USB电源控制器(精确地将USB电流限制在500mA或100mA)，一个功能齐全的单芯锂离子电池充电器，一个200mA热插拔 输出，一个低电量指示灯，以及许多内部保护功能，所有这些都被压缩在一个低尺寸(0.8mm高)4mm × 4mm 24针QFN封装中(图1)。

典型LTC3455应用程序的简单性如图2所示。此应用中DC/DC转换器的效率如图3所示。该设备在内部处理重要的系统启动和保护问题(软启动，电源排序，充电器热限制，所有输出的电流限制等)，这有助于减少外部组件的数量。对于只需要电池和USB电源而不需要5V墙壁适配器的应用程序，电路甚至更简单(参见图2中的注释)。

双高效率DC/DC转换器

LTC3455包含两个1.5MHz恒频电流模式开关稳压器，工作效率高达96%。Switcher 1在1.5V/1.8V时提供高达400mA的电流(为微控制器核心供电)，Switcher 2在3.3V时提供高达600mA的电流(为微控制器I/O、内存和其他逻辑电路供电)。当输入电压降至非常接近输出电压时，两种转换器都支持100%占空比操作(低差模式)，并且都能够在轻负载下进行突发模式 操作，以实现最高效率(突发模式是引脚可选)。切换器2具有独立的ON/OFF控制，但仅当切换器1也启用并处于调节状态时才运行。如果两者在初始上电时都使能，则只有在切换器1达到其编程值的90%后，切换器2才会打开。这种上电延迟确保了正确的供电顺序，并降低了启动时的峰值电池电流。

当外部电源存在时，电池充电器和切换器1(核心电源)被启用。这确保了电池始终可以充电，并且无论何时外部电源可用，微控制器始终是活的。开关2也可以设置为在外部电源存在时打开。此外，所有系统电源都来自适当的外部电源，一旦电池充满电，电池的电流损耗降低到10μA。

充分利用USB电源

USB(通用串行总线)的普及使其成为设备之间传输数据和电源的有吸引力的选择。通过USB为便携式设备充电的能力显然是可取的(没有墙壁疣)，但这并不一定是一个简单的设计问题。单个USB端口提供的功率(最大2.5W)几乎不足以支持许多功能齐全的便携式设备所需的峰值功率，即使没有添加快速充电所需的功率。

更复杂的是，USB端口并不是理想的电源。在高功率模式下，每个设备的最大功耗为500mA(低功率模式下为100mA)，但提供给便携式设备的电压变化非常大。虽然USB电源的标称额定电压为5V，但当你考虑正常的电源变化、电缆损耗和瞬态条件时，显示在便携式设备上的USB电压通常要低得多——通常降至4V(尽管USB的最低规格是4.35V)。由于USB端口有严格的500mA电流限制，这意味着可用于便携式设备的电量可以低至2W。当USB电压本身可能低于4.2V时，当试图给单节锂离子电池(具有4.2V的最终充电电压)完全充电时，USB电压降低也会出现问题。

LTC3455的USB电源控制器是专门为解决这些问题而设计的，它提供了几个功能，充分利用了USB端口所提供的电源。当USB引脚电压达到3.9V时，设备将继续吸USB电源，直到引脚电压低于3.7V。如果USB引脚电压降至4.5V以下，充电电流会逐渐减小(并最终在4.0V左右关闭)，以防止在使用长电阻USB电缆时出现“抖动”和稳定性问题。图4显示了USB电压下降时充电电流的减少。

内置的USB电源控制器还会自动控制电池充电电流，以帮助将系统总电流保持在严格的500mA或100mA USB限制之下。系统的其余部分吸取所需的电流，但电池充电电流被减少，以尽量保持系统总电流低于严格的USB 500mA/100mA限制。图5中的图表显示了充电电流I(BAT)如何随着系统其余部分所需电流的增加而减小(开关和所有其他外部设备都从V(MAX)引脚拉电流)。USB总电流I(USB)始终保持在500mA以下。

锂离子电池充电器

电池充电器是一种恒流、恒压充电器。在恒流模式下，最大充电电流由单个外部电阻设定。当电池接近最终浮压时，充电电流开始减小，充电器切换到恒压模式。充电周期仅由充电定时器终止，该定时器使用单个外部电容器编程。USB供电时最大充电电流为500mA，墙壁适配器供电时最大充电电流为1A。USB电源控制器将自动节流充电电流，以帮助保持总USB引脚电流低于500mA，无论何时在USB电源。当电池在充电周期开始时低于2.8V时，充电器进入涓流充电模式，将充电电流降低到其编程最大值的十分之一。如果模具温度高于约105°C的预设值，则内部热限制会减少充电电流。该功能不仅可以保护LTC3455免受过高温度的影响，还可以减少充电时间，因为它允许用户设置更高的最大充电电流-考虑到给定应用的典型环境温度，而不是最坏的情况-确保充电器在最坏情况下自动降低电流。

热插拔输出

提供200mA热插拔输出，为SDIO (Secure Digital)卡、存储卡和任何其他可以热插拔到系统中的外部设备供电。如果直接热插拔到其中一个开关输出，这些外部设备最初会出现短路，并可能拖低输出，导致主要的系统问题。HSO输出只能在LTC3455导通时工作，并且使用HSON引脚使能。对于不需要热插拔的应用，该输出可以简单地用作200mA负载开关(由HSON引脚控制)。

低电量检测器/LDO

LTC3455包含一个额外的增益块(引脚AI和AO)，可以用作低电量指示器，也可以用作添加外部PNP或PMOS的LDO。当设备启用时，此增益块是活的，并在关机期间关闭，以尽量减少电池消耗。低电池检测器在LTC3455打开之前不会报告低电池状态，但这对大多数应用程序来说不是问题，因为LTC3455将为微控制器和系统中的所有其他智能供电。LDO是方便的应用需要第三个输出，如2.5V或安静的3V电源。

将3.3V输出电流增加到1.2A

switchcher 2的内部电流限制为900mA，通常提供3.3V, 600mA输出。虽然这个输出电流对于许多便携式设备来说是足够的，但一些应用需要能够提供超过1A的3.3V电源。图6显示了如何使用LTC3455实现更高电流的3.3V输出。通过添加一个微小的SOT-23 PMOS并使用增益块作为LDO, 3.3V输出现在提供1.2A输出电流。开关2被编程为输出电压3.3V, LDO被编程为输出电压3.2V(低3%)。只要负载电流足够低，切换器2提供，LDO被完全关闭。该电路是理想的应用，需要较高的3.3V输出电流，只有很短的时间。开关2通常会提供所有的输出电流，LDO会短暂开启以提供更高的负载电流。

当负载电流超过切换器2所能提供的电流时，3.3V输出略有下降，LDO提供所需的额外电流。图7显示了3.3V输出电流从0.5A阶跃到1.2A时的瞬态响应。在这些高电流负载步骤中，可以增加更多的输出电容来改善3.3V瞬态响应。

USB电源与临时备用电源

虽然主要是为锂离子供电的便携式应用而设计的，但LTC3455也是始终由USB电源或墙壁适配器供电的系统的不错选择。然后，电池充电器可以用来给一个大电容器或备用电池充电，在外部电源被移除后，它可以短暂地为系统提供电力。这给了微控制器足够的时间遵循适当的关机程序，当主电源被突然移除。

图8显示了使用LTC3455的USB大功率应用(最大USB电流为500mA)的独立电源。系统总功率应保持在1.8W以下，以确保即使在最坏的USB条件下也能清洁运行。随着电阻器值的显示，当V(MAX)引脚电压降至4.0V时，低电量指示灯(AI和AO引脚)触发，通知微控制器即将出现降差情况。AI和AO引脚之间连接的1毫欧电阻提供150mV的滞后(dropout指示灯保持低电平，直到V(MAX)引脚回升到4.15V以上)。

连接在V(BAT)引脚上的4700μF备用电容在USB电源被拔出后短暂地为系统供电，并帮助支持略超过USB电流限制的瞬态负载。将这个大电容连接到V(BAT)引脚有几个优点。它提供了一个与USB引脚(USB规范将USB供电引脚上的电容限制为10μF或更小)和V(MAX)引脚(在该引脚上使用非常大的电容会延迟系统开启)隔离的大能量储存库，并通过使用电池充电器缓慢地为该电容充电来防止大的涌流。当TIMER引脚连接到V(MAX)时，电池充电器工作在恒流模式(电压环和定时器功能关闭)，因此4700μF电容器始终充满到可用的USB电压。

结论

LTC3455简化了便携式应用程序的设计。它是一个完整的电源管理解决方案，包括两个降压DC/DC转换器，一个USB电源控制器，一个全功能的锂离子电池充电器，一个热插拔输出和一个低电量指示灯，所有这些都被压缩到一个小小的4mm × 4mm QFN中。