1 引言
移动技术根本上已改变了人们获取、共享和传播信息的方式。时尚、多功能的手持式和便携式设备需要多种电源管理电路，包括一个电池充电器、多个降压型开关稳压器和用于看门狗电路的低功率 LDO。如果这些功能各由一颗单独的电源 IC 来提供，则每颗 IC（及其外部元件）都将占用宝贵的电路板空间、消耗电池漏泄静态电流，并且显著地增加器件的总开发成本和材料成本。通过把所有的电源管理功能均集成到单个器件之中，LTC3557 使这一问题迎刃而解。它将一个全功能 USB 电源管理器、一个锂离子电池充电器、三个高频降压型开关稳压器和一个始终保持接通的 3.3V LDO 整合在单个 4mm×4mm QFN 封装中。
2 特点
LTC3557 是一款高集成度电源管理和电池充电器 IC，适合单节锂离子/锂聚合物电池应用。表1 着重列举了 LTC3557 的一些关键特点。
LTC3557 能够从一个电流受限的输入（例如：USB）获得功率。可编程电流限值由 CLPROG 引脚上的单个外部电阻器（RCLPROG）以及 ILIM0 和 ILIM1 引脚的逻辑状态来设定。表2 列出了输入电流限制电路的不同操作模式。
1A(10x) 模式专为与一个较高电流输入电源（例如：AC 墙上适配器）一起使用而保留。或者，也可以通过一个与 AC 墙上适配器相串联的外部 PFET 把功率直接提供至系统负载（VOUT）。如图1 所示，可以采用一个合适的高电压降压型稳压器来扩展输入电源范围。LTC3557 通过 VC 引脚来接管降压型稳压器的控制，并把 VOUT 引脚电压设定在一个高于电池电压的固定偏移电压。这种 Bat-Track 功能实现了最高的电池充电效率。在没有任何其他输入电源的情况下，电池将通过一个内部 200mΩ 理想二极管向系统提供功率（VOUT）。可以采用一个 <50mΩ 的任选外部理想二极管，以最大限度地减小高电流应用中从 BAT 至 VOUT 的电压降。

图1：采用VC的高电压降压控制

LTC3557 充电器电路采用恒定电流/恒定电压架构，旨在优化电池的充电操作。电池充电电流由一个连接至 PROG 引脚的外部电阻器（RPROG）来设定，公式如下：
ICHG (A) = 1000V/RPROG
LTC3557 包括多种安全装置，用于处理可用输入电流小于编程充电电流的情况。这使得系统设计师能够根据标准工作条件来设定充电电流，而不是减小充电电流来对最差情形加以补偿。下文的“使优先次序正确”部分将对这些安全装置作更加详细的说明。
LTC3557 包含 3 个能够提供高达 600mA 电流的降压型开关稳压器。此外，一个具有 3.3V 固定输出电压的始终接通型 LDO 还能输送高达 25mA 的负载电流。这可以被用来给看门狗电路或其他低功率电路供电。
3 一种典型应用
图2 示出了采用 LTC3557 的一种典型应用。在该配置中，LTC3557 自动地在高电压降压电源或 USB/5V 墙上适配器之间切换。利用 CLPROG 引脚上的一个 2.1k 电阻器，将 USB 输入电流设置为 476mA 的标称值。充电电流采用 PROG 引脚上的一个 2k 电阻器设置为 500mA。NTC 引脚上的电阻器网络负责根据 100k NTC 热敏电阻的 R-T曲线1 特性来设定 0℃ 至 40℃ 的电池充电温度范围。/CHRG 引脚上的一个 LED 用于提供电池充电和状态信息。
VOUT1 被设定为 3.3V，以驱动诸如 I/O 或磁盘驱动器等较高功率应用。VOUT3 被设定为 1.8V，用于驱动中等功率应用，而VOUT2 则被设定为 1.2V，用于驱动一个微处理器内核。/RST2 输出可用于提供电源排序（采用 PMIC控制引脚）。任选的外部理想二极管可被用来提供一条从BAT 至 VOUT 的较低阻抗路径，以适合那些从电池吸收重负载电流的应用。
4 安全定时器和自动再充电
在进行了 4 个小时的充电之后，一个内部安全定时器将切断所有至电池的充电电流。只要 VOUT 上的负载电流不超过可从外部电源获得的电流，则电池将保持满充电状态。如果 VOUT 上的负载电流超过了可从外部电源获得的电流，那么额外的电流将从电池抽取。这将导致电池放电，而且，如果电池电压降至其浮动电压（LTC3557 为4.2V，LTC3557-1 为 4.1V）以下 100mV，则将启动一个自动再充电周期。
5 使优先次序正确
USB 规范对于可从总线抽取的最大电流有着非常严格的限制。为此，LTC3557 在系统负载（VOUT）上提供了负载优先级处理，如图3 所示。功率始终被优先置于 VOUT，而且电池充电电流将被自动回调，这样绝对不会超过 USB 电流限值。该特点使得能够根据标准工作条件（而不是 VOUT 上的最坏情况负载）来设置电池充电电流。
在高温条件下也将自动回调充电电流，以防止器件发生过热现象。此外，如果 VOUT 由于重负载的原因而开始下降，则充电电流将被回调，以把 VOUT 保持在接近 VBUS 的数值上。如果系统负载超过了编程 USB 电流限值，则所需的额外电流将从电池吸收。由于 USB 电源被限流，因此直接提供至 VOUT 引脚的功率将优先取自 WALL 输入，而非 USB 电源。
6 状态符号
/CHRG 引脚提供了有关电池充电状态的重要信息。/CHRG 引脚是一个漏极开路输出，它在一个标准充电周期中被拉至低电平。当充电电流减小至充电电流编程值的1/10（C/10）时，/CHRG 引脚将被释放，并由外部上拉器件拉至适当的电源轨电压。另外，还在 /CHRG 输出上完成了两种故障模式的编码。如果电池电压即使在充电半小时之后也未能升至 2.85V 以上，则该电池将被视为失效电池，并以一种快速闪烁（被调制在 35kHz 频率上的 6Hz 信号）在 /CHRG 引脚上报告该故障。适宜温度充电可利用 VNTC 和 NTC 引脚上的一个外部电阻分压器来实现，如图4 所示。这规定了一个适合电池充电的温度范围，而且是 NTC 电阻器热特性的一个函数。当电池温度超出规定范围之外时，将在 /CHRG 引脚上以一种缓慢闪烁（被调制在 35kHz 频率上的 1.5Hz 信号）来指示发生了一个 NTC 故障。
7 降压型开关稳压器
LTC3557 包括 3 个内部补偿 2.25MHz 恒定频率电流模式降压型开关稳压器，各提供 600mA、400mA 和 400mA电流。所有的降压型开关稳压器均可针对一个 0.8V 的最小输出电压进行设置，并可用于给一个微控制器内核、微控制器 I/O、存储器或其他逻辑电路供电。图5 示出了降压型开关稳压器的应用电路。每个降压型开关稳压器的全标度输出电压均采用一个如图所示的电阻分压器来设置，于是：
VOUTx = 0.8V· (R1/R2 + 1)
R1 的典型值在 40kΩ 至 1MΩ 的范围内。电容器 CFB 消除了由 FB 引脚的反馈电阻器和输入电容所产生的极点，而且还有助于改善远远高于 0.8V 的输出电压瞬态响应。对于大多数应用，建议采用电容值为 10pF 的 CFB。
当输入电压降至非常接近于输出电压时，所有 3 个降压型开关稳压器都支持 100% 占空比操作（低压差模式）。每个稳压器可以通过其各自的使能引脚来单独启用。
单个 MODE 引脚负责把 3 个稳压器设定在一种高效率突发模式（Burst Mode®）操作状态（MODE = 1）或低纹波脉冲跳跃模式（MODE = 0）。不管在哪种操作模式中，如需提供足够高的负载电流，降压型开关稳压器都将自动切换至恒定频率 PWM 模式操作。2.25MHz 的高开关频率允许使用纤巧的功率电感器，并处于 AM 波段之外。
这些降压型开关稳压器还内置了软起动电路（用于限制上电时的浪涌电流）、短路电流保护电路和开关节点转换速率限制电路（用于降低 EMI 辐射）。建议把降压型开关稳压器的输入电源（VIN1 和 VIN2）连接至系统电源引脚（VOUT）。这使得 VOUT 引脚上的欠压闭锁电路能够禁止降压型开关稳压器在超出规定电压范围的条件下运作。
8 采用 /RST2 的电源排序
在反馈电压（FB2）上升至其终值的 8% 以内之后230ms，/RST2 漏极开路输出将对降压型开关稳压器 2 做出响应，并发出一个上电复位信号。该输出可以采用一个外部上拉电阻器拉至一个期望的电压电平，并用于对电源轨进行排序。例如，它可被用来驱动其他开关稳压器的使能输入。
9 结论
总之，LTC3557 在一个紧凑的 4mm×4mm QFN 封装中提供了一款适合便携式和移动应用的高集成度解决方案。输入电源的多样性以及可在外部设置的输出电压使其成为众多应用的合适之选。多功能的锂离子电池充电器提供了针对多种实际故障条件的保护功能，而通用的高频降压型开关稳压器则提供了高效电源。