USB3.0外設(shè)電源設(shè)計技術(shù)（2）

來源：羅姆半導體社區(qū)

對于一些需要12V電源的USB模擬設(shè)備，電路形式的選擇余地不大，以往幾乎全部采用升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，效率常在85%以上;倘若必須解決這類電路無法實現(xiàn)輸出短路保護功能的難題，則可考慮下述之SEPIC(單端初級電感變換器)電路，但是成本將會因此明顯上升。當然，在這兩類電路中，同樣有著上述之外接或在片功率開關(guān)以及異步或同步整流的區(qū)別。

如果USB外設(shè)需要5V電源，事情就稍為有些棘手，因為USB口的外供電壓可能略高于也可能略低于這一數(shù)值。為此，以往常用先升壓再降壓或先降壓再升壓的辦法。這在需要多種輸出電壓的場合，倒也不失為一條可行途徑;但若僅需單一的5V輸出，此類電路結(jié)構(gòu)便難免“疊床架屋”之嫌?；蛟S正是這一緣故，上述之SEPIC盡管電路復雜，成本也高，但因其能集升壓、降壓功能于一身，所以近來已呈應用漸廣之勢。

SEPIC實用電路，其輸入、輸出電壓均為5V，開關(guān)頻率約300kHz，電源變換效率接近90%。它允許輸出電壓大于、小于或者等于輸入電壓的DCDC變換器。輸出電壓由主控開關(guān)（三極管或MOS管）的占空比控制。

這種電路最大的好處是輸入輸出同極性。尤其適合于電池供電的應用場合，允許電池電壓高于或者小于所需要的輸入電壓。比如一塊鋰電池的電壓為3V ~ 4.2V，如果負載需要3.3V，那么SEPIC電路可以實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。其中，開關(guān)頻率可由其“定時電阻(RT)”引腳的外接電阻調(diào)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(guān)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(zhuǎn)移，這是SEPIC電路的主要特征。

不少便攜式USB設(shè)備脫離主機后改由內(nèi)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，集成器件采用同步整流PWM升壓型電路結(jié)構(gòu);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(diào)范圍為2.5~5.5V，最大輸出電流1.5A，電源變換效率可達95%。MAX1703開關(guān)電源“POUT”端的輸出電壓設(shè)定為3.4V，而由P溝道場效應管Q1與片內(nèi)備用放大器構(gòu)成的線性穩(wěn)壓器輸出電壓為3.3V，故而USB外設(shè)由電池組供電時Q1的功率損耗幾乎可以忽略。外部設(shè)備與USB口接通時，二極管D1為正向偏置而使開關(guān)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(shè)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(diào)整電阻R1的阻值可以設(shè)定充電電流，使之符合十小時充電制的要求。一旦外部設(shè)備脫離USB口，開關(guān)電源便會立即退出“空閑”狀態(tài)而由內(nèi)部電池組繼續(xù)供電。

綜上所述，尚能充分顧及USB技術(shù)規(guī)范的制約，掌握各類電路結(jié)構(gòu)的特性，熟悉一些典型器件的用法，那么，就可設(shè)計出合理的USB外設(shè)電源。

審核編輯黃宇