如何設(shè)計最完美的USBOTG電源

通用串行總線即“USB”已經(jīng)流行許久； 起初USB設(shè)備便具有主設(shè)備和從設(shè)備之分：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來自主設(shè)備如電腦，數(shù)據(jù)傳輸至從設(shè)備如手機(jī)、鼠標(biāo)或鍵盤。但隨著消費電子產(chǎn)品的發(fā)展，從智能手機(jī)到U盤、從平板電腦到智能手機(jī)以及從相機(jī)到打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸需求也隨之增加。

USB On-the-Go（OTG）是使設(shè)備能夠充當(dāng)主設(shè)備或從設(shè)備的規(guī)范。USB OTG可廣泛應(yīng)用于PC、智能手機(jī)、ePOS（電子銷售點）和移動電源。主設(shè)備或從設(shè)備的角色可以根據(jù)協(xié)議進(jìn)行改變。數(shù)據(jù)可從智能手機(jī)或相機(jī)傳輸存儲到U盤中，當(dāng)智能手機(jī)連接到主設(shè)備PC時，智能手機(jī)也可以充當(dāng)從設(shè)備。數(shù)碼相機(jī)照片可直接上傳至打印機(jī)，而無需通過PC傳輸。數(shù)據(jù)可在“從設(shè)備”之間相互傳輸。這在我們的日常生活中十分有用。圖1所示為市售的USB OTG驅(qū)動器和USB OTG連接線。

圖1：USB OTG驅(qū)動器（左）和USB連接線（右）

OTG功能在便攜式設(shè)備中非常流行，其中大部分設(shè)備由鋰離子（Li-ion）電池（2.7V至4V）供電。USB OTG電源需要一個升壓轉(zhuǎn)換器（通常為5V）。

隨著數(shù)據(jù)傳輸速度不斷提高，USB Implementers Forum多次更新了電源規(guī)格，并于2016年宣布了最新USB OTG設(shè)備的USB電源（PD）規(guī)范。該USB PD規(guī)范規(guī)定，5V時的最大電流為3A。TI的TPS61230A高效升壓轉(zhuǎn)換器可涵蓋此規(guī)范的大多數(shù)應(yīng)用。對于大多數(shù)便攜式設(shè)備來說，由于內(nèi)部空間有限，所以封裝尺寸和散熱性能就顯得至關(guān)重要。TPS61230A在尺寸和性能（效率、散熱）之間實現(xiàn)了良好平衡，并且滿足了鋰離子電池USB PD的最大5V/2.4A的功率需求，如圖2所示。

圖2：USB OTG Vbus電源框圖

TPS61230A基于谷值限流模式控制方案，最小開關(guān)電流為4.8A。該器件集成了兩個低RDS（on）FET（18mΩ/高速，21mΩ/低速），這使其具有更高的效率和更良好的熱性能。在室溫條件下，VIN = 3.6V，VOUT = 5.0V，IOUT = 2.0A時，只能實現(xiàn)25℃的升溫，如圖3所示。

圖3：熱性能和EVM

TPS61230A頻率可高達(dá)1.15MHz，可適用于小尺寸的電感和電容。TPS61230A為緊湊型；QFN（四方扁平無引線）2mm×2mm封裝只有七個管腳。封裝下方的增強(qiáng)型電源總線有助于散熱（熱電阻為56℃/W，電源總線下方有通孔）。TPS61230A在電力系統(tǒng)中極易設(shè)計，而七個管腳使得印刷電路板（PCB）布局極其簡單。

圖4所示為不同輸入電壓的效率曲線。在VOUT= 5V和VIN= 3.6V時，TPS61230A具有3A的出色輸出容量；效率可高達(dá)94％。

圖4：測試條件：VOUT= 5V，L =1μH（XFL4020-102MEB）

總之，由于高側(cè)和低側(cè)MOSFET的導(dǎo)通電阻都很低，TPS61230A可使您的設(shè)計更加緊湊、更加冷卻、更加強(qiáng)大。