基于新型ASSP LTC3455的硬盘MP3电源设计
MP3播放机的产量已接近3,000万部，其中50%是硬盘(HDD)MP3播放机。MP3播放机的电源供应通常来自于AC适配器、USB线缆或锂离子电池。然而，管理这些不同电源之间的电源通路控制是一个关键的技术难题。
硬盘MP3播放机市场快速成长的主要动力，来自于苹果iPod与iPod迷你型硬盘MP3的巨大成功，这两款产品在4～40GB的存储范围内均具有多种硬盘选择。这些MP3用微型硬盘的盘片直径大多不足2英寸。例如，东芝的硬盘在直径仅为1.8英寸的单一盘片上具有30GB的容量；日立的微型硬盘则在直径仅1英寸的单一盘片上具有4GB的容量。
不论哪种硬盘驱动器在3.3V下正常运行时，仅需要大约200mA的电流供应。然而在其加速转动期间，峰差模电感值电流却可能高达1.2A。设计工程师在设计宽工作电流范围的DC/DC转换器时，常会碰到这样的挑战。
直到最近，工程师已尝试分别采用一组MOSFET、运算放大器等诸多方法来实现硬盘MP3播放机的电源管理与控制，但随之而来的热插拔、大浪涌电流等难题同样非常棘手，如果解决不好会引发大的系统问题。
大部分MP3播放机已经采用专用集成电路(A贴片电感SIC)来解决电池充电、电源路径控制、提供多重电压供应，以及如真正输出断接和精确USB电流限等保护功能的要求。采用这种方法的原因显而易见，因为只需采用单一器件，就可满足电源管理的所有需求。
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图1：LTC3455的简化框图。 |
可惜的是，这种方法同样也有缺点。首先，ASIC是通过特定的晶圆制造工艺制造，因此难以为各项功能而使性能最优化。其次，ASIC的定义和开发周期通常很长，在要求设计周期短而且动态变化模压电感的今天，这一问题变得越来越重要。从概念到出货，电源管理ASIC需要用上一年半时间的情况并不罕见。而在此期间，某一产品的设计需求可能已变化了三次之上。
采用新的ASSP消除充电延迟
虽然不同厂商生产的MP3播放机千差万别，但在特性和功能上还是具有一定的共同点，因此可以采用专用标准产品(ASSP)，而不会像用单一晶圆工艺生产的集成电路那样，对任何常用性能造成影响。L绕行电感器inear公司最近推出的LTC3455就代表了这一面向应用的功能集成趋势。
采用4×4mm QFN封装的LTC3455可以无缝管理AC适配器、USB线缆、锂离子电池之间的电源供应，并满足USB电源标准。此外，它还具有一个全功能锂离子充电器和两个高效的同步降压转换器。其中，锂离子充电器能提供高达800mA的充电电流；而同步降压转换器则能产生大部分USB外设所要求的低电压轨。不仅如此，LTC3455还为微处理器提供电源导通复位信号、为存储卡供电的热插拨(HotSwap)输出，也适合用来充当低电池电量比较器或LDO控制器的备用增益部件。
从图1的LTC3455简化方框图可看到其内部的多个功能模块，其两个片上降压转换器均可在电流模式控制下运行。在引脚可选的突发模式下，运行效率高达96%。这些DC/DC转换器的开关频率为固定的1.5MHz，因此可以采用非常小的外部电感器。
LTC3455的电源提供方式与现有的其它电池和电源管理集成电路不同，后者均为充电器馈送型系统。在这些系统中，外部电源不直接为负载供电。相反，电池通过适配器或USB端口充电，然后再为负载提供电源。当电池被深度放电时，对负载的供电就会延迟。因为电源不会从电池获得，直至在电池达到所要求的最低电量时才能供电。
有了LTC3455，这种延迟就可以消除，只要AC或USB电源一接通，就能即刻对便携式设备上电。此外，芯片还可将电容器电感器负载没有使用的电源用来向电池充电。
消除充电延迟、同步电池充电与向负载供电，这两大优势延长了应用的有效运行时间，并加速了通过USB线缆的充电。该电源管理技术的另一大优势则是不论采用AC或是USB电源，效率都提高了。正因为如此，也就消除了一个不必要的电源转换阶段(即电池充电阶段)。
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图2：LTC3455具3.3V输出，而电流增至1.2A | 平面变压器厂家 | 平面电感厂家