電源技巧：不要讓USB電壓下降減慢充電器的速度

諸如手機(jī)和平板電腦等便攜式設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)比以前更快的充電速度。要獲得快速的充電時(shí)間，充電器件上的電壓必須保持在適當(dāng)?shù)乃缴?。如果不這樣的話，充電器有可能將充電電流減少到較低(不過仍然是可以接受的)電平，最終延長(zhǎng)了總體充電時(shí)間。充電電纜上的電壓下降會(huì)導(dǎo)致電壓不足。我們看一看這會(huì)對(duì)通用串行總線 (USB) 電纜造成哪些影響，以及如何應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的問題。

一個(gè)常見的USB電纜接口接觸電阻大約為30mΩ。由于有4個(gè)觸點(diǎn)(電纜每端兩個(gè))，這表示總電阻為0.12Ω。假定每條電源線的長(zhǎng)度為1m，并且使用的是一條標(biāo)準(zhǔn)24AWG線纜，那么總的線纜電阻為0.166Ω。預(yù)計(jì)的電纜和觸點(diǎn)總電阻為0.286Ω。如果5V轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)用來提供一個(gè)最大值為2.1A的輸出電流，那么電纜上的預(yù)期壓降將為0.6V。對(duì)于5.0V的固定轉(zhuǎn)換器電壓，電纜末端上的電壓將下降到4.4V。對(duì)于USB設(shè)備來說，這個(gè)電壓值為較低的電壓限值，高電流負(fù)載產(chǎn)生潛在問題的原因顯而易見。使用更重的USB電纜會(huì)有所幫助，而超長(zhǎng)USB電纜，使用較小線規(guī)線纜，將會(huì)使充電率低于最大值。必須采取某些措施來進(jìn)一步增加充電電流。

一個(gè)常見的解決方案就是盡可能地將典型值為5.0V的無負(fù)載輸出設(shè)定電壓提高到5.15V至5.20V(對(duì)于USB 3.0來說，最大值為5.25V)。這個(gè)解決方案在最大2.1A電流時(shí)提供足夠(雖然仍舊為最小值)凈空。而對(duì)于更高的負(fù)載電流，這個(gè)方法很快就會(huì)難以支撐。

另外一個(gè)方法使用的是諸如TPS2511的專用充電端口控制器。這個(gè)器件監(jiān)視USB數(shù)據(jù)線路，并且將正確的電氣簽名自動(dòng)提供給充電兼容器件;它還具有一個(gè)電流限制功能。它的電流感測(cè) (/CS) 引腳在輸出電流為限流閥值電阻器所設(shè)定的最大電流的一半時(shí)下拉為低電平。如圖1所示，將這個(gè)引腳通過一個(gè)電阻器與5V電源的反饋電阻器相連(請(qǐng)見TPS2511數(shù)據(jù)表中的圖33)將增加輸出電壓。這就將電壓下降減少了大約50%。設(shè)計(jì)示例請(qǐng)參見雙端口汽車USB充電器參考設(shè)計(jì)。

圖1：電流感測(cè)增加在負(fù)載為50%時(shí)提高輸出電壓，以應(yīng)對(duì)電壓下降

圖2中的方框圖詳細(xì)給出了一個(gè)線性增加轉(zhuǎn)換器輸出電壓，以補(bǔ)償電纜損耗，并且保持電纜末端電壓恒定的方法。這個(gè)解決方案增加了一個(gè)感測(cè)電阻器來監(jiān)視輸出電流。一個(gè)差分放大器增加感測(cè)電阻器上的電壓，并且使用這個(gè)電壓來將一個(gè)電流注入到控制器的反饋 (FB) 引腳內(nèi)。如需進(jìn)一步了解這個(gè)方法的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見“電源技巧：補(bǔ)償電纜上的電壓下降”。

圖2：電流感測(cè)持續(xù)調(diào)整反饋，以便在負(fù)載上保持一個(gè)穩(wěn)定電壓

這些技術(shù)只是應(yīng)對(duì)電壓下降、盡可能縮短充電時(shí)間的幾個(gè)方法。