USB3.0外设电源设计技术(二)

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 对于一些需要12V电源的USB模拟设备,电路形式的选择余地不大,以往几乎全部采用升压型开关稳压器,效率常在85%以上;倘若必须解决这类电路无法实现输出短路保护功能的难题,则可考虑下述之SEPIC(单端初级电感变换器)电路,但是成本将会因此明显上升。当然,在这两类电路中,同样有着上述之外接或在片功率开关以及异步或同步整流的区别。

如果USB外设需要5V电源,事情就稍为有些棘手,因为USB口的外供电压可能略高于也可能略低于这一数值。为此,以往常用先升压再降压或先降压再升压的办法。这在需要多种输出电压的场合,倒也不失为一条可行途径;但若仅需单一的5V输出,此类电路结构便难免“叠床架屋”之嫌。或许正是这一缘故,上述之SEPIC尽管电路复杂,成本也高,但因其能集升压、降压功能于一身,所以近来已呈应用渐广之势。

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SEPIC实用电路,其输入、输出电压均为5V,开关频率约300kHz,电源变换效率接近90%。它允许输出电压大于、小于或者等于输入电压的DCDC变换器。输出电压由主控开关(三极管或MOS管)的占空比控制。

这种电路最大的好处是输入输出同极性。尤其适合于电池供电的应用场合,允许电池电压高于或者小于所需要的输入电压。比如一块锂电池的电压为3V ~ 4.2V,如果负载需要3.3V,那么SEPIC电路可以实现这种转换。其中,开关频率可由其“定时电阻(RT)”引脚的外接电阻调整,输出电压则取决于“反馈(FB)”端的电压采样分压器,外接N沟道与P沟道MOSFET分别用作功率开关与同步整流。特别值得注意的是,图中的储能电感分成对称的两半,输入端的能量经由跨接于两个电感之间的电容器向输出端转移,这是SEPIC电路的主要特征。

不少便携式USB设备脱离主机后改由内部电池组通过直流变换器继续供电,故而需要配备一个小型UPS电源,集成器件采用同步整流PWM升压型电路结构;可以单节镍镉/镍氢电池供电,最低输入电压0.7V,输出电压可调范围为2.5~5.5V,最大输出电流1.5A,电源变换效率可达95%。MAX1703开关电源“POUT”端的输出电压设定为3.4V,而由P沟道场效应管Q1与片内备用放大器构成的线性稳压器输出电压为3.3V,故而USB外设由电池组供电时Q1的功率损耗几乎可以忽略。外部设备与USB口接通时,二极管D1为正向偏置而使开关电源处于“空闲”状态;也就是只要Q1的源极电压高于3.4V,外部设备便始终由USB口供电。与此同时,USB口还通过PNP晶体管Q2等组成的恒流源向电池组充电,调整电阻R1的阻值可以设定充电电流,使之符合十小时充电制的要求。一旦外部设备脱离USB口,开关电源便会立即退出“空闲”状态而由内部电池组继续供电。

综上所述,尚能充分顾及USB技术规范的制约,掌握各类电路结构的特性,熟悉一些典型器件的用法,那么,就可设计出合理的USB外设电源。

 

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USB3.0外设电源设计技术(二)

对于一些需要12V电源的USB模拟设备,电路形式的选择余地不大,以往几乎全部采用升压型开关稳压器,效率常在85%以上;倘若必须解决这类电路无法实现输出短路保护功能的难题,则可考虑下述之SEPIC(单端初级电感变换器)电路,但是成本将会因此明显上升。当然,在这两类电路中,同样有着上述之外接或在片功率开关以及异步或同步整流的区别。