雙通道1.4MHz同步降壓穩(wěn)壓器支持USB應(yīng)用

安全的 USB "dying gasp"關(guān)斷需要本地儲(chǔ)能電容器為器件供電并延長操作時(shí)間以實(shí)現(xiàn)有序關(guān)斷。用于 5V USB "dying gasp"應(yīng)用的電路提供 2.88ms 的電源故障輸出警告時(shí)間。具有帶PFO的MAX1970/MAX1972降壓型穩(wěn)壓器。

許多便攜式通用串行總線 （USB） 設(shè)備由 USB 端口供電。這些設(shè)備中的大多數(shù)都需要電源故障警告，以便在 USB 斷電時(shí)執(zhí)行有序關(guān)機(jī)。警告時(shí)間被稱為“垂死的喘息”，通常以毫秒為單位。

USB 供電設(shè)備必須滿足某些規(guī)格。輸入電容必須小于10uF以最小化浪涌電流，隨后必須消耗小于100mA，然后才能獲得USB控制器的許可，以消耗高達(dá)500mA的電流。對于大多數(shù)應(yīng)用，這些要求可以通過使用小于10uF的輸入電容來滿足浪涌電流，以及與USB控制器接口并打開設(shè)備的使能信號，使其能夠吸收高達(dá)500mA的電流。

對于垂死的喘息應(yīng)用，必須有一個(gè)本地儲(chǔ)能電容器為設(shè)備供電并延長其運(yùn)行時(shí)間，以便在USB電源丟失時(shí)有序關(guān)斷。檢測到 USB 電源的丟失并發(fā)出警告信號。為了滿足垂死的喘息警告時(shí)間，所需的儲(chǔ)能電容器值遠(yuǎn)大于允許的10uF。圖1中的電路就是為了解決這個(gè)問題而設(shè)計(jì)的。

圖1.5V USB垂死喘息應(yīng)用的典型應(yīng)用電路。

盡管C1可以是數(shù)千uF，但其充電電流被R1限制為33mA。唯一的浪涌電流是通過Q2的體二極管獲得C1的充電電流。但是，C2 只有 1uF，比 USB 規(guī)范允許的要小得多。

正常工作時(shí)，MAX1970的輸入電流流經(jīng)Q1，C1充電至~5V USB in。當(dāng) 5V USB 電源發(fā)生故障或關(guān)閉時(shí)，存儲(chǔ)在 C1 中的能量通過 D2 提供電源。當(dāng)C1放電至MAX1970輸入電源故障（PFO）門限3.94V時(shí)，PFO變?yōu)楦唠娖疥P(guān)斷Q1，并在兩路輸出仍處于穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)發(fā)出輸入功率警告。C1繼續(xù)放電，較高的輸出電壓（3.3V）下降。電源故障警告時(shí)間從PFO變?yōu)楦唠娖降?.3V輸出跌出穩(wěn)壓時(shí)測量。圖2顯示了圖2電路的典型PFO警告時(shí)間為88.1mS，當(dāng)3.3V和1.5V負(fù)載在500mA和300mA時(shí)。

圖2.輸入電源故障 （PFO） 警告時(shí)間。

圖2中的頂部跡線是MAX1970 IN引腳上的電壓。當(dāng) 5V USB 輸入關(guān)閉且存儲(chǔ)電容器 C1 開始向 DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電時(shí)，由于正向電壓 D1，IN 引腳上的電壓下降。當(dāng) C1 繼續(xù)放電至 PFO 閾值時(shí)，PFO 變?yōu)楦唠娖讲㈥P(guān)閉 Q1。C1進(jìn)一步放電，直到3.3V輸出開始下降，此時(shí)IN約為3.5V。

PFO 警告時(shí)間取決于 C1 的值、輸出電壓和負(fù)載電流以及 DC/DC 轉(zhuǎn)換器效率。在警告時(shí)間內(nèi)必須由C1提供所需的輸入功率為：

Pin = (1/n) × ((Vout1 × Iout1) + (Vout2 × Iout2))

其中n是轉(zhuǎn)換器效率。

由于穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器是恒定功率負(fù)載，因此隨著電壓IN引腳的降低，電流增加以保持恒定功率。當(dāng)PFO變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，該電壓為~3.94V，并在~3.5V時(shí)開始衰減至壓差。C1提供的平均電流可以計(jì)算為：

Ic avg = 1/2 × Pin × (1/3.94 + 1/3.5)

C1放電0.44V（3.94V–3.5V）差分電壓所需的時(shí)間是PFO警告時(shí)間。這個(gè)時(shí)間可以計(jì)算為：

Twarn = (0.44V × C1)/ Ic avg.

為了確保最壞情況下的元件容差，例如電容C1、DC/DC轉(zhuǎn)換器效率、PFO閾值和溫度，建議將電容器C1的尺寸調(diào)整為所需最小警告時(shí)間計(jì)算值的兩倍。

對于圖1中的電路，當(dāng)3.3V和1.5V分別負(fù)載在500mA和300mA時(shí)，通過公式（1）計(jì)算的輸入功率在n = 2%時(shí)為33.90W。根據(jù)公式（1）計(jì)算，C2提供的平均電流為628mA。最后，由公式（3）計(jì)算的警告時(shí)間為3.28mS，這與圖2的示波器圖一致，在C20的1%容差范圍內(nèi)。