LTC3455：高集成USB电源管理IC的工程解析

在便携式设备设计中，如何高效协调交流适配器、USB供电与锂离子电池之间的能量流，同时满足USB规范并节省PCB空间，是电源工程师面临的核心挑战。ADI（Analog Devices）推出的 LTC3455 以高度集成的架构提供了一套完整解决方案——仅需 225 mm² PCB面积，即可实现电源路径管理、双路同步降压转换、电池充电及系统监控功能。

架构核心：中间总线（VMAX）电源拓扑

LTC3455采用中间总线架构（Intermediate Bus Architecture），其关键节点为 VMAX ——一个由外部电源（墙上适配器或USB）或电池动态供电的中间电压轨。该架构相比传统的“充电器供电”（charger-supplied）方案具有显著优势：

支持无电池运行：即使电池缺失或完全耗尽，系统仍可通过适配器或USB正常工作；

减少能量损耗：避免将USB 5V先线性降至电池电压再升压供电的双重转换损失；

提升充电效率：在USB供电模式下，可实现更快充电速度与更低热耗散（见图2）。

见图2

三电源优先级与无缝切换

LTC3455内置智能电源选择逻辑，按优先级自动切换供电源：

墙上适配器存在时：

无论USB或电池状态如何，适配器直接为VMAX供电。若电池接入，则通过内部恒流/恒压/定时终止型线性充电器（特性类似LTC4053）进行充电。

仅USB供电时：

USB输入经限流电路（符合USB 100mA/500mA规范）供给VMAX。系统采用功率分配策略：

当负载功耗 < 可用USB功率 → 剩余功率用于电池充电；

负载增加 → 充电电流自动减小以维持USB合规；

负载 > USB能力 → 充电停止，电池通过内部理想二极管向VMAX补电，实现USB与电池联合供电。

无外部电源时：

锂电池通过理想二极管直接为VMAX供电，维持系统运行。

集成功能模块详解

双路同步降压转换器：

每路基于高频（典型1.5MHz）、高效率架构（性能对标LTC3405/LTC3406），输入为VMAX，输出可配置为1.2V、1.8V、3.3V等外设常用电压轨，支持高达600mA负载。

Hot Swap™ 输出：

专为SD/MMC存储卡等热插拔负载设计，具备浪涌电流限制与短路保护。

多功能增益模块：

可配置为低电量比较器（触发关机或告警）或外部LDO控制器，提升系统灵活性。

上电复位（POR）：

为微处理器提供可靠复位信号，确保系统启动稳定性。

封装与布局优势

LTC3455采用 4mm × 4mm QFN-24 封装，底部带散热焊盘。其最小应用电路（图2）仅需少量外部元件：输入/输出电容、反馈电阻及电感。紧凑设计特别适合空间受限的USB外设、手持医疗设备或工业PDA。

设计建议

VMAX电容选择：建议 ≥10μF 低ESR陶瓷电容，以稳定中间总线；

理想二极管压降：典型值约50mV，远低于传统肖特基二极管（300–500mV），降低电池放电损耗；

热管理：线性充电器在高压差（如9V适配器充3.7V电池）时功耗较高，需评估PCB铜箔散热能力。

综上，LTC3455通过创新的中间总线架构与高度集成，解决了多源供电协同、USB合规、高效转换与小尺寸的多重矛盾，为工程师提供了一站式USB电源管理方案，显著简化系统设计并提升可靠性。

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