USB外設的電源設計資料下載

同PC機原先的串口、并口相比，USB口除能大幅提高數(shù)據(jù)傳輸速率之外，還具有為外部設備供電的能力。USB外設電源的合理設計，也就成為可以探討的實際問題。有關技術規(guī)范根據(jù)目前通行的USB1.1規(guī)范，USB口可以5V±5%的電壓為外部設備供電，但其輸出功率不能超過2.25W，所以功耗較大的外設仍須自行配備電源而不在本文討論范圍之內。另外，USB規(guī)范對外設電源電路的某些相關參數(shù)亦有具體規(guī)定，例如，為了防止外設接入USB口時的浪涌電流造成主機電源的“毛刺”，外設在接通瞬間從主機抽取的電量不得超過50mC，其電源輸入端的旁路電容器容量應在10mF以下。又如，外設電源剛接通時，主機將外設一律作為低功耗裝置看待，此時USB口的輸出電流上限僅為100mA;須待外設向主機發(fā)出請求并經(jīng)主機確認外設為高功耗裝置之后，輸出電流上限才會提升至其最大值500mA。再如，USB規(guī)范允許外設處于“待機”狀態(tài)并支持“遠程喚醒”功能，不過此時外設的靜態(tài)電流必須小于0.5mA(低功耗裝置)或2.5mA(高功耗裝置)。所以，USB外設電源的設計要點，就是在符合USB規(guī)范的前提下，根據(jù)不同外部設備的要求，權衡各類電路結構的利弊，在性能、成本、體積等諸要素之間，確定一個恰當?shù)钠胶恻c。應用電路實例圖1就是一種SEPIC實用電路，其輸入、輸出電壓均為5V，開關頻率約300kHz，電源變換效率接近90％。其中，UCC39421是一種多用途高效PWM控制器，開關頻率可由其“定時電阻(RT)”引腳的外接電阻調整，輸出電壓則取決于“反饋(FB)”端的電壓采樣分壓器，外接N溝道與P溝道MOSFET分別用作功率開關與同步整流。特別值得注意的是，圖中的儲能電感分成對稱的兩半，輸入端的能量經(jīng)由跨接于兩個電感之間的電容器向輸出端轉移，這是SEPIC電路的主要特征。圖２是一種設計頗為緊湊的雙電壓輸出電路，工作頻率750kHz，變換效率可達95％。其中， 3.3V主電源由降壓型單片同步開關電源TPS62000構成;該器件具有軟啟動功能，能夠有效抑制輸入浪涌電流與輸出電壓過沖，最大輸出電流600mA。TPS62000的輸出端“L”為低電平時，外接P溝道場效應管Q1隨之導通而令儲能電感L1副繞組的感應電壓向輸出電容C1充電，C1之端電壓同3.3V主輸出疊加即為輔助輸出電壓，其數(shù)值取決于L1主、副繞組的匝數(shù)比;輔助輸出若為5V，匝數(shù)比可取2:1。不少便攜式USB設備脫離主機后改由內部電池組通過直流變換器繼續(xù)供電，故而需要配備一個小型UPS電源，圖３便是一種由單片開關電源MAX1703構成的實用電路。該集成器件采用同步整流PWM升壓型電路結構;可以單節(jié)鎳鎘／鎳氫電池供電，最低輸入電壓0.7V，輸出電壓可調范圍為2.5~5.5V，最大輸出電流1.5A，電源變換效率可達95％。圖３中，MAX1703開關電源“POUT”端的輸出電壓設定為3.4V，而由P溝道場效應管Q1與片內備用放大器構成的線性穩(wěn)壓器輸出電壓為3.3V，故而USB外設由電池組供電時Q1的功率損耗幾乎可以忽略。外部設備與USB口接通時，二極管D1為正向偏置而使開關電源處于“空閑”狀態(tài);也就是只要Q1的源極電壓高于3.4V，外部設備便始終由USB口供電。與此同時，USB口還通過PNP晶體管Q2等組成的恒流源向電池組充電，調整電阻R1的阻值可以設定充電電流，使之符合十小時充電制的要求。一旦外部設備脫離USB口，開關電源便會立即退出“空閑”狀態(tài)而由內部電池組繼續(xù)供電。結語綜上所述，尚能充分顧及USB技術規(guī)范的制約，掌握各類電路結構的特性，熟悉一些典型器件的用法，那么，就可設計出合理的USB外設電源。(mbbeetchina)