不要讓USB電壓下降減慢充電器的速度

諸如手機和平板電腦等便攜式設備能夠?qū)崿F(xiàn)比以前更快的充電速度。要獲得快速的充電時間，充電器件上的電壓必須保持在適當?shù)乃缴稀Ｈ绻贿@樣的話，充電器有可能將充電電流減少到較低（不過仍然是可以接受的）電平，最終延長了總體充電時間。充電電纜上的電壓下降會導致電壓不足。我們看一看這會對通用串行總線 (USB) 電纜造成哪些影響，以及如何應對可能出現(xiàn)的問題。

一個常見的USB電纜接口接觸電阻大約為30mΩ。由于有4個觸點（電纜每端兩個），這表示總電阻為0.12Ω。假定每條電源線的長度為1m，并且使用的是一條標準24AWG線纜，那么總的線纜電阻為0.166Ω。預計的電纜和觸點總電阻為0.286Ω。如果5V轉(zhuǎn)換器被設計用來提供一個最大值為2.1A的輸出電流，那么電纜上的預期壓降將為0.6V。對于5.0V的固定轉(zhuǎn)換器電壓，電纜末端上的電壓將下降到4.4V。對于USB設備來說，這個電壓值為較低的電壓限值，高電流負載產(chǎn)生潛在問題的原因顯而易見。使用更重的USB電纜會有所幫助，而超長USB電纜，使用較小線規(guī)線纜，將會使充電率低于最大值。必須采取某些措施來進一步增加充電電流。

一個常見的解決方案就是盡可能地將典型值為5.0V的無負載輸出設定電壓提高到5.15V至5.20V（對于USB 3.0來說，最大值為5.25V）。這個解決方案在最大2.1A電流時提供足夠（雖然仍舊為最小值）凈空。而對于更高的負載電流，這個方法很快就會難以支撐。

另外一個方法使用的是諸如TPS2511的專用充電端口控制器。這個器件監(jiān)視USB數(shù)據(jù)線路，并且將正確的電氣簽名自動提供給充電兼容器件；它還具有一個電流限制功能。它的電流感測 (/CS) 引腳在輸出電流為限流閥值電阻器所設定的最大電流的一半時下拉為低電平。如圖1所示，將這個引腳通過一個電阻器與5V電源的反饋電阻器相連（請見TPS2511數(shù)據(jù)表中的圖33）將增加輸出電壓。這就將電壓下降減少了大約50%。設計示例請參見雙端口汽車USB充電器參考設計。

圖1：電流感測增加在負載為50%時提高輸出電壓，以應對電壓下降

圖2中的方框圖詳細給出了一個線性增加轉(zhuǎn)換器輸出電壓，以補償電纜損耗，并且保持電纜末端電壓恒定的方法。這個解決方案增加了一個感測電阻器來監(jiān)視輸出電流。一個差分放大器增加感測電阻器上的電壓，并且使用這個電壓來將一個電流注入到控制器的反饋 (FB) 引腳內(nèi)。如需進一步了解這個方法的詳細信息，請參見“電源技巧：補償電纜上的電壓下降”。

圖2：電流感測持續(xù)調(diào)整反饋，以便在負載上保持一個穩(wěn)定電壓

這些技術只是應對電壓下降、盡可能縮短充電時間的幾個方法。

其它資源

在Power House內(nèi)查看TI的電源技巧博客系列。

如需進一步了解這一話題，請參見電源技巧文章，“電源技巧：補償電纜上的電壓下降?！?/p>

如需獲得相類似的設計示例，請參見支持線性壓降補償?shù)钠嘦SB充電器參考設計和汽車USB電池充電參考設計。

原文鏈接：

http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2015/10/30/power-tips-don-t-let-a-drooping-usb-voltage-slow-down-your-charger

編輯：jq