如何避免控制器短路至9V電源

智能手機(jī)正在向超大屏、高分辨率、超長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間演進(jìn)。這些功能都會(huì)加快電池的使用。因此，客戶需要更快的充電速度。

當(dāng)智能手機(jī)和其它移動(dòng)設(shè)備采用更大容量的電池后，充電適配器將需要擁有更高、更快的充電能力。雖然現(xiàn)在各大廠商提出了不同的解決方案， 但是核心思想是提高電源適配器輸入端的電壓。其中一個(gè)原因是，電源適配器的電流承載能力往往是非常有限的，采用更高的輸入電壓可以在不增加輸入電流的條件下，提高輸入功率。電源適配器的輸入電壓標(biāo)準(zhǔn)一般是5V。5V是USB VBUS的默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。電源適配器的輸出端的電壓，則是可以通過USB D+/D-兩根信號(hào)線上的傳輸協(xié)議，根據(jù)輸出功率需求適當(dāng)提高的?，F(xiàn)在典型的輸出端電壓有5V, 9V和12V三種。具體情況還要參考電源適配器自身的功率傳遞能力。用于控制充電的芯片，例如系統(tǒng)中的控制器，通過控制USB D+/D-上的傳輸協(xié)議，為電源適配器選擇最合適的輸出電壓。

當(dāng)系統(tǒng)中插入USB連接器時(shí)，通常需要一個(gè)模擬開關(guān)，如bq25890，實(shí)現(xiàn)在充電器和控制器之間的協(xié)議溝通， 如圖1所示。初次連接時(shí)，控制器會(huì)通過USB D+/D-檢測(cè)連接上的設(shè)備是一個(gè)USB充電器還是其它類型的USB設(shè)備。

圖 1: USB及其充電器的典型應(yīng)用場(chǎng)景

德州儀器提供多種USB開關(guān)芯片，覆蓋了廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景配置方式、電壓范圍、開關(guān)導(dǎo)通電阻以及信號(hào)傳輸帶寬。

當(dāng)芯片進(jìn)入快送充電模式時(shí)，其輸出電壓一般是9V。然而，當(dāng)前很多控制器的引腳已經(jīng)不能再支持9V這一相對(duì)高的電平標(biāo)準(zhǔn)。因此，保證控制器的引腳與9V電源的隔離至關(guān)重要。

USB接口由4根線組成，如圖2中所示，從右向左依次是VBUS, D-，D+， GND。 如前文所述，當(dāng)控制器通過D+/D-與充電芯片進(jìn)行協(xié)議溝通后，VBUS將從5V提高至9V。

圖 2: USB開關(guān)及引腳

如果USB接插件接觸不良或插拔時(shí)偏離垂直方向一定角度，9V的VBUS就很可能和D-發(fā)生短路。換而言之，此時(shí)控制器的引腳通過D-和9V的VBUS短路在一起了，如圖3所示。

圖 3: 未使用TS3USB3000而導(dǎo)致控制器引腳短路

USB連接器初次連接時(shí)，TS3USB3000 USB開關(guān)芯片在控制器和USB連接器之間建立鏈接通路，如圖4所示。此時(shí)控制器可以通過D+/D-的協(xié)議，使VBUS電壓從5V提高至9V，進(jìn)入快速充電模式。此后，控制器將OE電平拉高，使USB開關(guān)芯片中的D+/D-鏈路斷開，實(shí)現(xiàn)USB接插件到控制器引腳的隔離。即便此時(shí)VBUS與D-發(fā)生短路，也不會(huì)短路至控制器引腳。D+/D-鏈路斷開后，USB開關(guān)芯片處于低功耗模式。

圖 4: TS3USB3000 保護(hù)控制器引腳

TS3USB3000開關(guān)芯片在這里起到了兩個(gè)作用。第一，它實(shí)現(xiàn)了在其它類型設(shè)備和USB充電控制器之間切換使用USB通道。客戶可依據(jù)系統(tǒng)的傳輸帶寬、開關(guān)導(dǎo)通電阻等需求，選擇合適的USB開關(guān)芯片。第二，在USB VBUS達(dá)到9V時(shí)，由于插拔USB連接器所導(dǎo)致的短路不再對(duì)控制器引腳造成損害。

審核編輯：郭婷