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1、一种自适应USB 电源管理设计 - 设计论文一种自适应 USB 电源管理设计赵清壮 ZHAO Qing-zhuang(广州飒特股份有限公司,广州510006 )摘要:随着计算机以及与USB 相关便携式设备的发展,USB 接口也得到了极大的普及。数据传输、对锂电池充电是目前应用范围比较广的USB 接口技术。本文设计了一种USB 电源自动检测的自适应电路:连接AC 适配器执行快速充电并且给系统供电;连接PC 等标准 USB 设备以最大 500mA电流充电,同时可进行数据传输。关键词 :USB;自适应;电源管理中图分类号:TN86文献标识码:A文章编号:1006-4311 (2015 ) 23-01
2、31-02作者简介:赵清壮( 1985- ),男,河南商丘人,硕士,广州飒特红外股份有限公司,电子工程师。0 引言通用串行总线 (Universal Serial Bus)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准, 也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品1-2 ,随着便携式设备的小型化,很多接口以复用形式设计, USB 更是一种常用的复用接口。本文设计了一种基于Mini-USB接口电源管理电路,电路能自动检测外部设备类型。如果检测到是标准 USB 设备,电路用于 USB 数据传输,并以最大 500mA电流充电;如检测为AC 适配器,电路用于给系统供电
3、,并以最大1000mA电流充电。1 电路原理与设计1.1 电路原理USB 接口是一种通用接口, 但不同类型设备的功能、 电流驱动能力不尽相同,如 PC 设备用处最多的USB2.0 接口数据传输速度最高能达到60MB/s ,电流驱动能力为 500mA3 ,而 AC 适配器不具有数据传输功能,但电流驱动能力能达到几 A 。为了适应不同类型设备接口,电路需具备USB 类型检测功能。USB 接口定义如表 1 所示,其中 1 、5 脚分别为电源和地, 2、3 脚是一对差分信号用于数据传输, 4 脚用于 OTG 传输。现今市面上大部分电源适配器把2 、3 脚短接,而 PC 等具有数据传输功能的USB 接口
4、 2 、3 脚是分离的,根据此特点, 2、3 脚可用于检测USB 设备类型。本设计中用以USB 设备检测选用的芯片是 SEMICONDUCTOR的 FAN3988 (图 1 所示) 4 ,连接不同的设备,其Flag1 、Flag2 管脚呈现不同的状态,真值表如表2 所示。另外此芯片还有过压和欠压检测功能,可用于系统电路保护。锂电池充电管理芯片采用LTC4096EDD ,此芯片具有两路电源输入功能,一路用于电源适配器,另一路可用于PC 等设备 5 ,见图 1。1.2 电路设计本电路的整体设计如图2 所示,其中 D- 信号经 5.1M 电阻下拉, D+ 经 1M电阻上拉 3.3V ;U1( LT1
5、761-3.3 )为低噪音 LDO 芯片 6 ,既能辅助 FAN3988检测,同时也不会干扰USB 数据传输。 Flag2 监视 VBUS 电压,控制 NMOS芯片 U3 ,如果 VBUS 电压高于 3.3V 且低于 6V ,Flag2 为高电平, U3 打开,XVBUS 给后级系统供电开,否则电路关闭;Flag1 控制芯片 U4 ,如果接入的设备为 AC 适配器,且 VBUS 高于 4.2V ,Flag1 为高电平, NMOS 芯片 U4 打开,充电芯片U5 由 DCIN脚供电,最大充电电流由电阻R6 控制,计算公式为IDC=1000/R6(mA),如果接入的设备为PC,则 Flag1 为高
6、低平, U4 关闭,充电芯片 U5 由 USBIN 脚供电,最大充电电流由R7 控制,本系统按照 USB2.0 接口设计, R7=2K ,IUSB=500mA 。2 结论经实际测试,电路连接到PC 的 USB2.0 口时,电源管理芯片LTC4096EDD输入端切换到USBIN 脚,电路进入慢速充电,并可进行数据传输;电路连接到输出电压 5.15V 、最大输出电流2000mA的电源适配器时, LTC4096EDD 输入端自动切换到 DCIN ,电路进行快速充电,并以较大电流驱动能力给后级系统供电,实验数据见表3 。该 USB 电源管理电路能自适应 AC 电源适配器和 PC,自动选择充电模式、后级
7、系统供电方式, 并且能用于高速 USB 数据安全传输, 已成功用于手持设备。参考文献:1 胡晓军,张爱成 .USB 接口开发技术 M. 西安电子科技大学出版社, 2005.2 刘煜禹,孙超,孙庚,刘煜坤 .USB 总线在自动测试中的应用 J.沈阳大学学报, 2005 ( 02 ).3JAN AXELSON. USB 开发大全 M. 四版 .人民邮电出版社, 2011.4FAN3988 USB/Charger and Over Voltage Detection Device/DataSheetM.Fairchild Semiconductor, 2013.5LTC4096EDD Dual Input Standalone Li-Ion Battery Chargers/DataSheetM. Linear Technolo
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