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[电源设计] 提高电源适配器输入端的电压
2018-6-1 10:09:05  803 USB TS3USB3000 连接器
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当智能手机和其它移动设备采用更大容量的电池后,充电适配器将需要拥有更高、更快的充电能力。虽然现在各大厂商提出了不同的解决方案, 但是核心思想是提高电源适配器输入端的电压。其中一个原因是,电源适配器的电流承载能力往往是非常有限的,采用更高的输入电压可以在不增加输入电流的条件下,提高输入功率。电源适配器的输入电压标准一般是5V。5V是USB VBUS的默认标准。

电源适配器的输出端的电压,则是可以通过USB D+/D-两根信号线上的传输协议,根据输出功率需求适当提高的。现在典型的输出端电压有5V, 9V和12V三种。具体情况还要参考电源适配器自身的功率传递能力。用于控制充电的芯片,例如系统中的控制器,通过控制USB D+/D-上的传输协议,为电源适配器选择最合适的输出电压。
当系统中插入USB连接器时,通常需要一个模拟开关,如bq25890,实现在充电器和控制器之间的协议沟通, 如图1所示。初次连接时,控制器会通过USB D+/D-检测连接上的设备是一个USB充电器还是其它类型的USB设备。


1: USB及其充电器的典型应用场景


德州仪器提供多种USB开关芯片,覆盖了广泛的应用场景配置方式、电压范围、开关导通电阻以及信号传输带宽。
当芯片进入快送充电模式时,其输出电压一般是9V。然而,当前很多控制器的引脚已经不能再支持9V这一相对高的电平标准。因此,保证控制器的引脚与9V电源的隔离至关重要。 USB接口由4根线组成,如图2中所示,从右向左依次是VBUS, D-,D+, GND。 如前文所述,当控制器通过D+/D-与充电芯片进行协议沟通后,VBUS将从5V提高至9V。


2: USB开关及引脚


如果USB接插件接触不良或插拔时偏离垂直方向一定角度,9V的VBUS就很可能和D-发生短路。换而言之,此时控制器的引脚通过D-和9V的VBUS短路在一起了,如图3所示。


3: 未使用TS3USB3000而导致控制器引脚短路


USB连接器初次连接时,TS3USB3000 USB开关芯片在控制器和USB连接器之间建立链接通路,如图4所示。此时控制器可以通过D+/D-的协议,使VBUS电压从5V提高至9V,进入快速充电模式。此后,控制器将OE电平拉高,使USB开关芯片中的D+/D-链路断开,实现USB接插件到控制器引脚的隔离。即便此时VBUS与D-发生短路,也不会短路至控制器引脚。D+/D-链路断开后,USB开关芯片处于低功耗模式。

4: TS3USB3000 保护控制器引脚


TS3USB3000开关芯片在这里起到了两个作用。第一,它实现了在其它类型设备和USB充电控制器之间切换使用USB通道。客户可依据系统的传输带宽、开关导通电阻等需求,选择合适的USB开关芯片。第二,在USB VBUS达到9V时,由于插拔USB连接器所导致的短路不再对控制器引脚造成损害。

ts3usb3000.pdf

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