為便攜式設(shè)備可靠供電開(kāi)發(fā)拓寬USB功能

標(biāo)簽：便攜式設(shè)備 USB接口電源 集線器 充電控制器 系統(tǒng)負(fù)載

1、引 言

通用序列總線USB2.0作為一種新的PC機(jī)互連協(xié)議，使外接設(shè)備到計(jì)算機(jī)的連接更加高效、便利。這種接口適合于多種設(shè)備,不僅具有快速、即扦即用、支持熱扦撥的特點(diǎn)還能同時(shí)連接127個(gè)設(shè)備,解決了如資源件沖突、中斷請(qǐng)求和直接數(shù)據(jù)通道等問(wèn)題., 為使用者提供更好的效能。但隨著各類數(shù)字化便攜式設(shè)備及其內(nèi)核電源品種的增多,這就要需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)并拓寬USB接口的電源功能以保證各類便攜式設(shè)備的正?？煽窟\(yùn)行.這是為什么呢?

* 多種內(nèi)核電源的需要

眾所周知,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(hào)處理均是采用DSP芯片, 該DSP芯片采用單5V電源供電,但也有的采用3.3V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.據(jù)此再在這些便攜式設(shè)備上再增加電源設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的.

* 便攜設(shè)備的數(shù)據(jù)交換

因?yàn)樵S多便攜設(shè)備，如MP3播放機(jī)、PDA等，都需要與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如果在與PC杌進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的同時(shí)，能夠利用同一根電纜對(duì)電池充電，會(huì)極大地方便沒(méi)備的使用。若將USB接口的電源功能與具有對(duì)電池充電功能結(jié)合,則能夠使大量設(shè)備免受電源線的束縛，如可移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)照相機(jī),無(wú)論是否與PC相連都可以工作。在許多情況下，都不再需要那些一直使用而伴隨的又笨拙的交流適配器。由此可見(jiàn)開(kāi)發(fā)USB接口電源(以下簡(jiǎn)稱USB電源)應(yīng)解決二大問(wèn)題,第一是從USB端口獲得5V與3.3V、1.8V電源;第二是通過(guò)USB電源為電池充電.

由于USB接口除了具有直接對(duì)與USB相連設(shè)備供電功能之外，USB接口電源最有用的功能之一就是能對(duì)電池充電。那末這些功能從何而來(lái)?為此應(yīng)首先對(duì)USB接口的電源(以下簡(jiǎn)稱USB電源)功能的技術(shù)支持作一介紹.

2、開(kāi)發(fā)拓寬USB電源功能的技術(shù)支持

USB的集線器控制器功能和外圍設(shè)備功能是開(kāi)發(fā)出USB電源功能的技術(shù)支持。

那么USB的集線器控制器功能和外圍設(shè)備功能是什么?或者說(shuō)具備這二大功能的技術(shù)依據(jù)又是什么?

2.1 USB集線器功能

(1)先述何謂集線器.在USB網(wǎng)絡(luò)中有三個(gè)主要建構(gòu)模塊.首先個(gè)人計(jì)算機(jī)里有一塊主控端(Host). “主控端”的功能就如同其名稱所指的，主要負(fù)責(zé)通訊方面要求、接受以及將服務(wù)信息輸入輸出至計(jì)算機(jī).因此主控端負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)”匯集”時(shí)的大部分細(xì)節(jié)工作.而在網(wǎng)絡(luò)的另外一端則稱為:”裝置”(Device),就是計(jì)算機(jī)外設(shè)設(shè)備;另外，在主控端與裝置之間則可能會(huì)有“集線器”(Hub)。這些看似簡(jiǎn)單的單元，可提供四個(gè)(或七個(gè))插槽給裝置使用，而且僅需依靠計(jì)算機(jī)的一條纜線。集線器負(fù)責(zé)引進(jìn)新的“訪客”(Guest)裝置給主控端，同時(shí)負(fù)責(zé)確保所有主控端與裝置之間的信息以最高速度進(jìn)行交換.

由此可見(jiàn)USB集線器功能是負(fù)責(zé)管理端口的連接/拆斷操作，包括集線器配置、下行端口設(shè)備的檢測(cè)(不管端口是處于暫停模式還是恢復(fù)模式)、端口的各種狀態(tài)，以及總線故障和重新配置、電源管理和速度檢測(cè)支持。

而集線器控制器上的端口數(shù)決定能夠管理的下行設(shè)備的數(shù)量?？晒┯脩暨x擇的產(chǎn)品包括二端口型、二或三端口型、四端口型、一至五端口型和七端口型 。

(2)USB集線器分類.

* 自帶電源USB集線器采用本機(jī)電源來(lái)為下行端口供電。然而，USB接口被允許從其上行端口吸收100mA電流，該電流可被用來(lái)保持USB接口的功能，而集線器的剩余部分被斷電。自帶電源USB集線器被要求對(duì)過(guò)流狀態(tài)加以限制和通告，且必須為每個(gè)下行端口提供至少500mA的電流。

* 總線驅(qū)動(dòng)USB集線器由上行連接獲得所有的功率，并被要求向每個(gè)下行端口提供100mA的電流。出于配置方面的考慮，USB規(guī)范將總線驅(qū)動(dòng)USB集線器總線在上電過(guò)程中從總線吸收的電流限制為100mA(或更低)。此后，總線驅(qū)動(dòng)USB集線器被允許消耗500mA電流，分別向每個(gè)下行端口提供100mA電流，剩余的電流供集線器自身使用。由于自供電型集線器有可能因電源拆斷或電池耗盡而出現(xiàn)本機(jī)功率損耗，所以，總線控制器可強(qiáng)制將其自身作為總線驅(qū)動(dòng)USB集線器來(lái)重新計(jì)算，因而要求它在所有的外部端口上執(zhí)行端口功率轉(zhuǎn)接。

2.2 USB外設(shè)功能

USB外設(shè)控制器,它實(shí)現(xiàn)外設(shè)與主機(jī)或集線器的USB連接。與集線器或主機(jī)不同，USB外設(shè)并不支持下行功能，但的確擁有必須符合USB規(guī)格要求的面向上行的端口。USB外設(shè)可分為以下幾類：

(1)低功耗、總線驅(qū)動(dòng)USB功能，它從上行總線獲得全部功率，并將消耗電流限制為100mA;

(2)高功率總線驅(qū)動(dòng)USB功能，它從上行總線獲得全部功率，并將配置期間的消耗電流限制為100mA(最大值)。在計(jì)算之后，它可以吸收高達(dá)500mA的電流;

(3)自帶電源USB集線器功能，從電源(而不是上行總線)獲得功率。它被允許從上行總線吸收高達(dá)100mA電流，但并不是必要的。

USB外設(shè)的插座分兩種，都比PC機(jī)和普通USB主機(jī)的插座小。“B系列”和更小的“Mini—B系列”插座如圖1所示，B系列由引腳1(+5V)和引腳4(GND)供電，Mini-B系列由引腳1(+5V)和引腳5(GND)供電。

又因所開(kāi)發(fā)的USB電源為電池充電的功能可能很復(fù)雜，也可能很簡(jiǎn)單，這取決于與USB接口相連設(shè)備的要求。影響設(shè)計(jì)的因素不僅包括通常的成本、尺寸、重量等.還有以下重要因素:當(dāng)電池已耗盡的負(fù)載設(shè)備插入U(xiǎn)SB端口時(shí)，要求多快開(kāi)始全功能運(yùn)行;允許電池充電的時(shí)間;在USB功率限制范圍內(nèi)的功率分配;是否需要一個(gè)交流適配器充電。這些問(wèn)題和相應(yīng)要解決的方案將會(huì)在討論USB的功率問(wèn)題后進(jìn)行研究.為此,在技術(shù)支持中還應(yīng)對(duì)USB功率問(wèn)題應(yīng)進(jìn)一步說(shuō)明

2.3關(guān)于USB功率

所有USB接口的主機(jī)，如PC機(jī)和筆記本電腦，每個(gè)USB插孔都能支持最少500mA電流輸出或驅(qū)動(dòng)5個(gè)“單位負(fù)載”。在USB術(shù)語(yǔ)中，“一個(gè)單位負(fù)載”是100mA。自帶電源USB集線器也能驅(qū)動(dòng)5個(gè)單位負(fù)載?？偩€驅(qū)動(dòng)USB集線器只能保證驅(qū)動(dòng)一個(gè)單位負(fù)載。按照USB規(guī)范，由USB接口的主機(jī)或自帶電源USB集線器提供的，電纜外設(shè)端的最小可用電壓為4.5V，而由總線驅(qū)動(dòng)USB集線器提供的最小電壓為4.35V。用這些電壓對(duì)典型電池電壓要求為4.2V的Li+電池充電時(shí)，只有很小的裕度，從而使得充電器的壓降變得極為重要。

應(yīng)該說(shuō)所有接人USB端口的設(shè)備啟動(dòng)時(shí)消耗電流都不能超過(guò)100mA。與主機(jī)進(jìn)行通信后,設(shè)備才能決定是否可以用足500mA電流。

USB外設(shè)的插座分兩種，都比PC機(jī)和普通USB主機(jī)的插座小。“B系列”和更小的“Mini—B系列”插座如圖1所示，B系列由引腳1(+5V)和引腳4(GND)供電，Mini-B系列由引腳1(+5V)和引腳5(GND)供電。

一旦與主機(jī)連接，所有與USB接口相連的設(shè)備都必須首先讓主機(jī)識(shí)別自己。這一動(dòng)作被稱為枚舉。在識(shí)別過(guò)程中，主機(jī)決定接受或拒絕USB設(shè)備的功率要求，如果接受，可以將設(shè)備的電流從最大100mA增加到最大500mA。

3、從USB端口提供3.3V和5V電源

由于USB端口是當(dāng)今新型熱扦拔式接口，除了豐富的接口功能外, 還能提供二種電源,其一、由低功率USB端口提供的電源為4.4V-5.25V、電流為100MA,.其二、由高功率USB端口提供的電源力4.75V至5.25V 、電流為500MA,而便攜式設(shè)備均采用USB端口作為接口,所以應(yīng)用USB端口和芯片結(jié)合從而可產(chǎn)生3.3V和5V電源.以滿足便攜式設(shè)備中DSP芯片的需要,為此對(duì)設(shè)計(jì)方案作一下介紹.

(1)通用串行總線(USB)端口除了通信通道D+與D-(見(jiàn)圖2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(如數(shù)碼相機(jī)、 MP3播放器和PDA等)用電池供電并連接至USB口進(jìn)行通信時(shí)，就可以采用USB電源對(duì)Li+電池充電。

圖2所示,就是利用了USB電源，產(chǎn)生3.3V和5V電源的電路圖，并為L(zhǎng)i+電池充電.其 IC1芯片 MAX1811為L(zhǎng)i+電池的充電器.采用USB端口電源給電池充電時(shí), 對(duì)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(duì)于高功率的USB端口,應(yīng)將IC1芯片的SETI置高, 充電電流應(yīng)設(shè)定為500MA.類似，將SELV置高或置低，則IC1芯片被配置為L(zhǎng)i+電池充電至4.2V或4.1V，IC1的最終充電電達(dá)到了0.5%精度。CHG端允許芯片在充電期間點(diǎn)亮LED.

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(2)圖3所示, IC2是一款升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器，IC2芯片 MAX1797可將電池電壓Vbatt升壓至5V(Vout).并且Vout能夠向負(fù)載輸出的450MA電流。

其低電池檢測(cè)電路和真正的關(guān)斷能力將保護(hù)Li+電池不被過(guò)放電。通過(guò)斷開(kāi)電池和輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種“真正”的關(guān)斷功能將電池降低至2uA。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(lái)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(kāi)。

當(dāng)?shù)碗姵貦z測(cè)電路將路能低電壓電池與負(fù)載斷開(kāi)時(shí)，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(kāi),例如0.5Ω內(nèi)阻的Li+電池在源出500MA的電流時(shí)，在其內(nèi)阻上將產(chǎn)生250MV的壓降。當(dāng)IC2電路斷開(kāi)負(fù)載時(shí)，電池電流將降為0，電池電壓會(huì)升高250MV。為此，通過(guò)低電池在檢測(cè)電路引入滯回，LBO端的N溝道FETMOS管將消除這種振蕩。

圖3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(shí)，LBO打開(kāi)(電平提高)，將SHDN拉高，F(xiàn)ETMOS管導(dǎo)通，在FETMOS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(kāi)通電壓門限(引腳LB1)提升至3.3V，從而消除了振蕩。

(3)圖4所示,IC3 芯片MAX1837 為DC-DC降壓型轉(zhuǎn)換器,能將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(guò)90%。

從以上圖2、3、4 可以看出,在通過(guò)USB端口提供電源時(shí)，與各芯片MAX1811 MAX1797 MAX1837配合就能為便攜式設(shè)備產(chǎn)生5V初3.3V的電源。

需要說(shuō)明的是USB電源:

* 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(guò)軟件被配置為高功率為止。

4、簡(jiǎn)單的USB電源和交流適配器的充電配置

4.1 配置方案

對(duì)一些最基本的設(shè)備負(fù)載來(lái)說(shuō),不需要用軟件開(kāi)銷來(lái)管理和優(yōu)化USB電源的使用。如果設(shè)備負(fù)載電流限制在100mA以內(nèi)，那末都可以用與USB接口相連的主機(jī)和自帶電源的集線器或總線驅(qū)動(dòng)的集線器來(lái)驅(qū)動(dòng)。據(jù)此,這類簡(jiǎn)單的USB和交流適配器充電設(shè)計(jì)，可采用圖5所示的一個(gè)基本充電器加一個(gè)穩(wěn)壓器的配置。

4.2 方案分析

圖5所示電路中，設(shè)備(系統(tǒng))負(fù)載何時(shí)與USB電源或交流適配器連接? USB電源和交流適配器何時(shí)開(kāi)始對(duì)電池充電?同時(shí),又要你保證系統(tǒng)負(fù)載能一直保持與電池相連，在此例中通過(guò)一個(gè)最大可提供200mA電流的簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器(IC2 MAX8881)來(lái)解決。如果系統(tǒng)持續(xù)消耗如此大的電流，而通過(guò)USB對(duì)電池充電電流只是100mA，最終電池還是會(huì)因負(fù)載電流大于充電電流而放電。在許多小型系統(tǒng)中，負(fù)載峰值電流僅在整個(gè)工作期間的部分時(shí)段發(fā)生。因此，只要平均負(fù)載電流小于充電電流，電池仍然會(huì)被充電。連接交流適配器時(shí)，充電器(IC1)的最大電流上升到350mA。如果USB與交流適配器同時(shí)連接，但應(yīng)自動(dòng)給予交流適配器優(yōu)先權(quán)。

USB規(guī)范要求充電器(IC1)具備的一個(gè)特性(而且，一般來(lái)講對(duì)于充電器也是有利的)是電流不允許從電池或另一個(gè)電源回流到USB電源輸入端。在傳統(tǒng)的充電器中，可通過(guò)輸人二極管保證，但USB最小電壓為4.35V(由USB功率簡(jiǎn)述得知)與Li+電池充電所需電壓(4.2V)之間差異太小，以致肖特基二極管也不適用。因此，所有回流路徑應(yīng)在IC1的內(nèi)部被阻止。

圖5所示電路在應(yīng)用上受到一些限制，也許不適用于某些可充電的USB設(shè)備。最明顯的限制是相對(duì)較低的充電電流，如果Li+電池的容量大于幾百毫安時(shí)(mAH)，充電時(shí)間就會(huì)很長(zhǎng)。第二個(gè)限制是由于基本充電器的負(fù)載(指線性穩(wěn)壓器的輸入)總是與電池相連(即圖5中Li+電池與MAX8881的IN端相連)。這樣,如果電池已深度放電，則負(fù)載設(shè)備加電時(shí)也許不能立即開(kāi)始工作。這是因?yàn)殡姵剡_(dá)到負(fù)載設(shè)備工作所需的電壓前有一定的延遲時(shí)間。

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5、改進(jìn)技術(shù): 充電器充電電流和外圍電路的改進(jìn).

在更先進(jìn)的系統(tǒng)中，需要對(duì)充電器內(nèi)部和外圍電路進(jìn)行多處改進(jìn)，這些改進(jìn)可能包括：可選的充電電流，以便與USB電源或交流適配器或電池的電流能力相匹配;USB電源接人時(shí)的負(fù)載切換;以及過(guò)壓保護(hù)。

5.1 改進(jìn)技術(shù)方案(見(jiàn)圖6所示的電).

在圖6所示的電路中，就是利用充電器IC1內(nèi)部的電壓監(jiān)測(cè)器(充電控制器)驅(qū)動(dòng)外部MOSFET Q3(FDN302)來(lái)實(shí)現(xiàn)了上述的改進(jìn)功能。

5.2 改進(jìn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

MOSFET Q1(FDN302)和Q2(FDN302)以及二極管D1和D2繞過(guò)電池，直接將可用的電源(USB電源輸入或DC電源輸入-交流適配器轉(zhuǎn)換而成)連接到負(fù)載。當(dāng)某個(gè)電源(USB或DC電源輸入)輸人有效時(shí)，其監(jiān)視輸出　變低，相應(yīng)的MOSFET管導(dǎo)通。當(dāng)兩個(gè)輸入都有效時(shí)，DC輸入優(yōu)先使用。IC1可防止兩個(gè)輸人同時(shí)被使用。二極管D1和D2用來(lái)阻斷系統(tǒng)負(fù)載供電通路與輸入之間的反向電流。而充電器內(nèi)部電路((由充電控制器及其控制的和二只場(chǎng)MOS管)可以阻斷充電通路(BATT)的反向電流。

MOSFET Q2還可提供交流適配器過(guò)壓保護(hù)，保護(hù)電壓最高達(dá)18V。欠壓/過(guò)壓監(jiān)視器(在DC端)只允許交流適配器電壓在4V至6.25V之間時(shí)對(duì)電池充電。

最后一個(gè)MOSFET Q3，在沒(méi)有有效的外部電源(即USB電源輸入或DC電源輸入)接人時(shí)導(dǎo)通，用電池向負(fù)載設(shè)備供電。當(dāng)USB電源或DC電源任何一個(gè)接人時(shí)，“電源通”(PON)輸出立即關(guān)閉Q3，將電池與負(fù)載設(shè)備斷開(kāi)。這樣當(dāng)有外部電源接人時(shí)，即使電池深度放電或已損壞，系統(tǒng)仍能立即開(kāi)始工作。

5.3 完善與實(shí)用

一旦USB設(shè)備與主機(jī)連接時(shí)，先與主機(jī)通信決定負(fù)載電流是否可以增加，如果被允許，負(fù)載電流可以從開(kāi)始時(shí)的一個(gè)單位負(fù)載上升到五個(gè)單位負(fù)載。5比1的電流范圍對(duì)不是專為USB設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)充電器來(lái)說(shuō)可能會(huì)有問(wèn)題。而其問(wèn)題在于傳統(tǒng)充電器的電流精度，盡管在高電流時(shí)精度足夠，但在低電流時(shí)會(huì)受到電流傳感電路失調(diào)的影響。結(jié)果可能是為了保證充電電流在低端(一個(gè)單位負(fù)載)不超過(guò)100mA限制，電流必須被設(shè)置在非常低的水平，從而導(dǎo)致無(wú)法使用。例如，對(duì)于精度為10%的500mA電流，為了保證不超過(guò)500mA，輸出只能設(shè)置為450mA。僅就這一點(diǎn)而言還是可以接受的，但是，為了保證在低端的充電電流不超過(guò)100mA，平均電流只能設(shè)置成50mA。最低值可能會(huì)低至OmA，顯然這是無(wú)法接受的。如果要求USB充電在兩個(gè)范圍內(nèi)都有效，就需要有足夠的精度，以便提供盡可能大的充電電流，同時(shí)又不超越USB的限制。

在一些設(shè)計(jì)中，由于系統(tǒng)功率需求的關(guān)系，不可能用低于500mA的USB預(yù)算功率分別對(duì)負(fù)載供電和對(duì)電池充電。但是，使用了交流適配器就沒(méi)有問(wèn)題。

* 一個(gè)高性價(jià)比的方案的出現(xiàn)

用一個(gè)高性價(jià)比的方案可滿足這一需求,即只需將圖6電路作一簡(jiǎn)化:將圖6電路中與系統(tǒng)負(fù)載相連的Q1、D1及連線去掉,這樣USB電源并不直接與負(fù)載連接,僅與MAX1874的USB引腳相連;從MAX1874的BATT引腳再通過(guò)二極管D(MBR0520L)與系統(tǒng)負(fù)載相連;充電和系統(tǒng)運(yùn)行仍然使用USB電源，但系統(tǒng)保持與電池連接。此設(shè)計(jì)的局限性與圖5所示電路相同,即如果USB接人時(shí)電池已深度放電，系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)一定延遲才能正常工作。但如果連接DC電源，該方案電路能夠以同圖6電路一樣的方式工作，無(wú)論電池狀態(tài)如何都不需等待。這是因?yàn)榕cMAX1874 “電源”通”引腳(PON)相連接的MOSFET 管Q(類似圖6中的MOSFET Q3)被關(guān)斷，系統(tǒng)負(fù)載由電池切換到了通過(guò)二極管D(類似圖6中的D2)DC輸人上。

* 這樣一個(gè)簡(jiǎn)化又完善與實(shí)用的設(shè)計(jì)方案出現(xiàn),使USB電源并不與負(fù)載相連,但DC輸入與負(fù)載相連.當(dāng)連接USB電源時(shí),系統(tǒng)仍然采用電池供電.同時(shí)電池又被充電.

6、鎳氫電池充電

盡管Li+電池能為大多數(shù)便攜式信息終端提供最佳性能，但鎳氫(NiMH)電池仍為最低成本的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可行的選擇。當(dāng)負(fù)載要求不太高時(shí)，使用鎳氫電池是一個(gè)降低成本的好方法。這需要使用一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器將1.3V的電池電壓升至設(shè)備可使用的電壓，典型為3.3V。因?yàn)槿魏坞姵毓╇娫O(shè)備都需要某種類型的穩(wěn)壓器，而DC-DC僅是一種不同類型的穩(wěn)壓器，并不是額外增加的。

圖7所示電路使用了一種不尋常的方法來(lái)對(duì)NiMH電池充電，并且在不使用外接FET的情況下，在USB輸入和電池之間切換對(duì)系統(tǒng)負(fù)載的供電。“充電器”實(shí)際上是一個(gè)電流受限的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器(IC1)，它用300mA至400mA的電流對(duì)電池充電。盡管不是一個(gè)精確的電流源，但其適度的電流控制精度仍能滿足充電要求，即使電池短路也能保持對(duì)電流的控制。使用DC-DC充電與常見(jiàn)的線性電路相比，一個(gè)很大的優(yōu)越性就在于能夠高效地利用有限的USB功率。當(dāng)以400mA電流對(duì)—節(jié)NiMH電池充電時(shí)，電路僅從USB輸入端汲取150mA的電流。在充電的同時(shí)留出了350mA電流可供系統(tǒng)使用。負(fù)載由電池到USB的切換，是通過(guò)USB電源與boost轉(zhuǎn)換器(IC2為DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器)輸出之間用二極管(Di)“或”實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)USB斷開(kāi)時(shí)，boost轉(zhuǎn)換器IC2產(chǎn)生3.3V輸出。USB連接時(shí)，D1將DC-DC升壓器(IC2)輸出拉升至約4.7V.IC2輸出被拉升時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，關(guān)斷后從電池汲取的電流不超過(guò)1µA。如果不允許接人USB時(shí)輸出從3.3V變成4.7V，可用一個(gè)線性穩(wěn)壓器與D1串聯(lián)。

此電路的一個(gè)局限是要依賴系統(tǒng)控制結(jié)束充電。IC1僅作為一個(gè)電流源，如果不加限制，會(huì)對(duì)電池過(guò)度充電。R1和R2設(shè)置IC1最大輸出電壓為2V，作為一個(gè)安全界限。充電能使輸入端被系統(tǒng)用來(lái)終止對(duì)電池充電。另外，因?yàn)?50mA的充電器輸入電流大于一個(gè)單位負(fù)載，如果需要，在枚舉之前還可作為降低USB負(fù)載電流的手段。

7、結(jié) 語(yǔ)

以上開(kāi)的開(kāi)發(fā)拓寬USB接口的電源功能與從USB接口獲得多種電源(3.V與5V的電源)方案介紹,實(shí)際上是充分應(yīng)用USB電源功能為數(shù)字化便攜式設(shè)備Li+或鎳氫(NiMH)電池充電特性分折,該設(shè)計(jì)技術(shù)既復(fù)雜亦可簡(jiǎn)單,這取決于USB接口的電源類型、功率與扦入USB設(shè)備負(fù)載及其電池性能等多方面的配合使用,即究竟采用何種應(yīng)用方案能獲得最佳性價(jià)比,是要根據(jù)各便攜式設(shè)備實(shí)際情況而定.