[组图]利用USB端口为便携式设备提供3.3V和5V电源

摘 要：应用USB端口和MAX1811、MAX1797、MAX1837芯片实现对便携式设备提供3.3V和5V电源。
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关键词：USB端口；DC-DC转换器；便携式设备
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    当今许多数字化便携式设备(如数码相机、 MP3播放器和PDA)中数字信号处理均是采用DSP芯片, DSP芯片一般采用单5V电源供电，但也有的需要采用3V和1.8V电源供电，其中DSP芯片的核电压采用1.8V电源供电,而 I/O采用3.3V电源供电。目前，应用USB端口解决多种电源的供电是最合适的途径，这是为什么?
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    由于USB端口是新型的热插拔式接口，除了丰富的接口功能外, 还能提供两种电源。一是由低功率USB端口提供的电源为4.4～5.25V、电流为100mA；二是由高功率USB端口提供的电源为4.75～5.25V、电流为500mA。便携式设备均采用USB端口作为接口，所以可以应用USB端口和芯片结合，从而产生3.3V和5V电源，以满足便携式设备中DSP芯片的需要。这里介绍一下利用USB端口为便携式设备提供3.3V和5V电源的设计方案。
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通用串行总线（USB）端口除了通信通道D＋与D－(见图1左面USB端口所示引脚)外，还能够提供电源。当便携式设备]用电池供电并连接至USB口进行通信时，就可以采用USB电源对Li+电池充电。

图1

---图1是利用了USB电源，产生3.3V和5V电源并为Li+电池充电的电路图，其中IC1芯片 MAX1811为Li+电池的充电器。采用USB端口电源给电池充电时，对于低功率USB端口,应将IC1芯片的SETI端拉低，其充电电流设定为100mA；对于高功率的USB端口,应将IC1芯片的SETI端置高, 充电电流应设定为500mA。类似地将SELV置高或置低，则IC1芯片被配置为Li+电池充电至4.2V或4.1V，IC1的最终充电电量达到了0.5%精度。CHG端允许芯片在充电期间点亮LED。

图2

---图2是利用升压型DC-DC转换器IC2提升电池电压的电路图。IC2芯片MAX1797将电池电压Vbatt升压至5V(Vout)，并且Vout能够向负载输出的450mA电流。

---其低电池电压检测电路和真正的关断能力将保护Li+电池不被过放电。这种“真正”的关断功能通过断开电池和输出来实现，将电池电流降低至2μA。低电池电压门限(LB1引脚电平)由Vbatt和GND之间的外部电阻分压器R3与R4（分压器的中点连接至LBI引脚）来设定。将低电池电压输出引脚LBO 连接至关断引脚SHDN。则在低电池电压条件下，导致IC2与负载断开。

---当低电池电压检测电路将低电压电池与负载断开时，Li+电池的内阻将使IC2容易形成振荡。这是因为当电池内阻引起的压降消失后，电池电压将增加，使IC2再次打开。例如0.5Ω内阻的Li+电池，在源出500mA的电流时，在其内阻上将产生250mV的压降。当IC2电路断开负载时，电池电流将降为0，电池电压会升高250mV。为此，通过低电池在检测电路引入滞回，LBO端的N沟道MOSFET管将消除这种振荡。

---图2电路的低电池门限电压设置为2.9V。当Vbatt降至2.9V以下时，LBO打开(电平提高)，将SHDN拉高，MOSFET管导通。在MOSFET管导通的情况下，电阻R5(1.3MΩ)和R4(249kΩ)组成并联电路，将电池的开通电压门限(引脚LB1)提升至3.3V，从而消除了振荡。

从以下公式计算可见:--

   其中 VLB1=0.85V，将R3=604kΩ， R4=249kΩ代入公式(1)得低电池门限电压Vbatt(TURN-OFF)为2.9V。
，将R3=604kΩ，R4=249kΩ,R5=1.3MΩ代入公式(2)，则电池开通电压门限Vbatt(TURN-OFF) 提升到3.3V。
---图3是利用IC3 芯片MAX1837 为DC-DC降压型转换器，将5V输出降压至3.3V，并且能够向负载输出高达250mA的电流，效率超过90%。

需要说明的几点
* 低功率USB端口提供电源4.4V至5.25V，电流100mA；
* 高功率USB端口提供电源4.75V至5.25V，电流500mA；
* 由于USB电缆和连接器上的电压降，USB设备必须能够工作至4.35V；
* USB设备必须保证其最大工作电流低于100mA，直到通过软件被配置为高功率为止。