[組圖]利用USB端口為便攜式設(shè)備提供3.3V和5V電源

摘 要：應(yīng)用USB端口和MAX1811、MAX1797、MAX1837芯片實(shí)現(xiàn)對便攜式設(shè)備提供3.3V和5V電源。
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關(guān)鍵詞：USB端口；DC-DC轉(zhuǎn)換器；便攜式設(shè)備
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??? 當(dāng)今許多數(shù)字化便攜式設(shè)備(如數(shù)碼相機(jī)、 MP3播放器和PDA)中數(shù)字信號處理均是采用DSP芯片, DSP芯片一般采用單5V電源供電，但也有的需要采用3V和1.8V電源供電，其中DSP芯片的核電壓采用1.8V電源供電,而 I/O采用3.3V電源供電。目前，應(yīng)用USB端口解決多種電源的供電是最合適的途徑，這是為什么?
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??? 由于USB端口是新型的熱插拔式接口，除了豐富的接口功能外, 還能提供兩種電源。一是由低功率USB端口提供的電源為4.4～5.25V、電流為100mA；二是由高功率USB端口提供的電源為4.75～5.25V、電流為500mA。便攜式設(shè)備均采用USB端口作為接口，所以可以應(yīng)用USB端口和芯片結(jié)合，從而產(chǎn)生3.3V和5V電源，以滿足便攜式設(shè)備中DSP芯片的需要。這里介紹一下利用USB端口為便攜式設(shè)備提供3.3V和5V電源的設(shè)計方案。
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通用串行總線（USB）端口除了通信通道D＋與D－(見圖1左面USB端口所示引腳)外，還能夠提供電源。當(dāng)便攜式設(shè)備]用電池供電并連接至USB口進(jìn)行通信時，就可以采用USB電源對Li+電池充電。

圖1

---圖1是利用了USB電源，產(chǎn)生3.3V和5V電源并為Li+電池充電的電路圖，其中IC1芯片 MAX1811為Li+電池的充電器。采用USB端口電源給電池充電時，對于低功率USB端口,應(yīng)將IC1芯片的SETI端拉低，其充電電流設(shè)定為100mA；對于高功率的USB端口,應(yīng)將IC1芯片的SETI端置高, 充電電流應(yīng)設(shè)定為500mA。類似地將SELV置高或置低，則IC1芯片被配置為Li+電池充電至4.2V或4.1V，IC1的最終充電電量達(dá)到了0.5%精度。CHG端允許芯片在充電期間點(diǎn)亮LED。

圖2

---圖2是利用升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器IC2提升電池電壓的電路圖。IC2芯片MAX1797將電池電壓Vbatt升壓至5V(Vout)，并且Vout能夠向負(fù)載輸出的450mA電流。

---其低電池電壓檢測電路和真正的關(guān)斷能力將保護(hù)Li+電池不被過放電。這種“真正”的關(guān)斷功能通過斷開電池和輸出來實(shí)現(xiàn)，將電池電流降低至2μA。低電池電壓門限(LB1引腳電平)由Vbatt和GND之間的外部電阻分壓器R3與R4（分壓器的中點(diǎn)連接至LBI引腳）來設(shè)定。將低電池電壓輸出引腳LBO 連接至關(guān)斷引腳SHDN。則在低電池電壓條件下，導(dǎo)致IC2與負(fù)載斷開。

---當(dāng)?shù)碗姵仉妷?a target="_blank">檢測電路將低電壓電池與負(fù)載斷開時，Li+電池的內(nèi)阻將使IC2容易形成振蕩。這是因?yàn)楫?dāng)電池內(nèi)阻引起的壓降消失后，電池電壓將增加，使IC2再次打開。例如0.5Ω內(nèi)阻的Li+電池，在源出500mA的電流時，在其內(nèi)阻上將產(chǎn)生250mV的壓降。當(dāng)IC2電路斷開負(fù)載時，電池電流將降為0，電池電壓會升高250mV。為此，通過低電池在檢測電路引入滯回，LBO端的N溝道MOSFET管將消除這種振蕩。

---圖2電路的低電池門限電壓設(shè)置為2.9V。當(dāng)Vbatt降至2.9V以下時，LBO打開(電平提高)，將SHDN拉高，MOSFET管導(dǎo)通。在MOSFET管導(dǎo)通的情況下，電阻R5(1.3MΩ)和R4(249kΩ)組成并聯(lián)電路，將電池的開通電壓門限(引腳LB1)提升至3.3V，從而消除了振蕩。

從以下公式計算可見:--

???其中 VLB1=0.85V，將R3=604kΩ， R4=249kΩ代入公式(1)得低電池門限電壓Vbatt(TURN-OFF)為2.9V。
，將R3=604kΩ，R4=249kΩ,R5=1.3MΩ代入公式(2)，則電池開通電壓門限Vbatt(TURN-OFF) 提升到3.3V。
---圖3是利用IC3 芯片MAX1837 為DC-DC降壓型轉(zhuǎn)換器，將5V輸出降壓至3.3V，并且能夠向負(fù)載輸出高達(dá)250mA的電流，效率超過90%。

需要說明的幾點(diǎn)
* 低功率USB端口提供電源4.4V至5.25V，電流100mA；
* 高功率USB端口提供電源4.75V至5.25V，電流500mA；
* 由于USB電纜和連接器上的電壓降，USB設(shè)備必須能夠工作至4.35V；
* USB設(shè)備必須保證其最大工作電流低于100mA，直到通過軟件被配置為高功率為止。