一種自適應(yīng)USB電源管理設(shè)計(jì)方案

1、一種自適應(yīng)USB 電源管理設(shè)計(jì) - 設(shè)計(jì)論文一種自適應(yīng) USB 電源管理設(shè)計(jì)趙清壯 ZHAO Qing-zhuang（廣州颯特股份有限公司，廣州510006 ）摘要：隨著計(jì)算機(jī)以及與USB 相關(guān)便攜式設(shè)備的發(fā)展，USB 接口也得到了極大的普及。數(shù)據(jù)傳輸、對(duì)鋰電池充電是目前應(yīng)用范圍比較廣的USB 接口技術(shù)。本文設(shè)計(jì)了一種USB 電源自動(dòng)檢測的自適應(yīng)電路：連接AC 適配器執(zhí)行快速充電并且給系統(tǒng)供電；連接PC 等標(biāo)準(zhǔn) USB 設(shè)備以最大 500mA電流充電，同時(shí)可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)鍵詞 ：USB；自適應(yīng)；電源管理中圖分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311 （2015 ） 23-01

2、31-02作者簡介：趙清壯（ 1985- ），男，河南商丘人，碩士，廣州颯特紅外股份有限公司，電子工程師。0 引言通用串行總線 （Universal Serial Bus）是連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備的一種串口總線標(biāo)準(zhǔn)， 也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范，被廣泛地應(yīng)用于個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備等信息通訊產(chǎn)品1-2 ，隨著便攜式設(shè)備的小型化，很多接口以復(fù)用形式設(shè)計(jì)， USB 更是一種常用的復(fù)用接口。本文設(shè)計(jì)了一種基于Mini-USB接口電源管理電路，電路能自動(dòng)檢測外部設(shè)備類型。如果檢測到是標(biāo)準(zhǔn) USB 設(shè)備，電路用于 USB 數(shù)據(jù)傳輸，并以最大 500mA電流充電；如檢測為AC 適配器，電路用于給系統(tǒng)供電

3、，并以最大1000mA電流充電。1 電路原理與設(shè)計(jì)1.1 電路原理USB 接口是一種通用接口， 但不同類型設(shè)備的功能、 電流驅(qū)動(dòng)能力不盡相同，如 PC 設(shè)備用處最多的USB2.0 接口數(shù)據(jù)傳輸速度最高能達(dá)到60MB/s ，電流驅(qū)動(dòng)能力為 500mA3 ，而 AC 適配器不具有數(shù)據(jù)傳輸功能，但電流驅(qū)動(dòng)能力能達(dá)到幾 A 。為了適應(yīng)不同類型設(shè)備接口，電路需具備USB 類型檢測功能。USB 接口定義如表 1 所示，其中 1 、5 腳分別為電源和地， 2、3 腳是一對(duì)差分信號(hào)用于數(shù)據(jù)傳輸， 4 腳用于 OTG 傳輸?，F(xiàn)今市面上大部分電源適配器把2 、3 腳短接，而 PC 等具有數(shù)據(jù)傳輸功能的USB 接口

4、 2 、3 腳是分離的，根據(jù)此特點(diǎn)， 2、3 腳可用于檢測USB 設(shè)備類型。本設(shè)計(jì)中用以USB 設(shè)備檢測選用的芯片是 SEMICONDUCTOR的 FAN3988 （圖 1 所示） 4 ，連接不同的設(shè)備，其Flag1 、Flag2 管腳呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，真值表如表2 所示。另外此芯片還有過壓和欠壓檢測功能，可用于系統(tǒng)電路保護(hù)。鋰電池充電管理芯片采用LTC4096EDD ，此芯片具有兩路電源輸入功能，一路用于電源適配器，另一路可用于PC 等設(shè)備 5 ，見圖 1。1.2 電路設(shè)計(jì)本電路的整體設(shè)計(jì)如圖2 所示，其中 D- 信號(hào)經(jīng) 5.1M 電阻下拉， D+ 經(jīng) 1M電阻上拉 3.3V ；U1（ LT1

5、761-3.3 ）為低噪音 LDO 芯片 6 ，既能輔助 FAN3988檢測，同時(shí)也不會(huì)干擾USB 數(shù)據(jù)傳輸。 Flag2 監(jiān)視 VBUS 電壓，控制 NMOS芯片 U3 ，如果 VBUS 電壓高于 3.3V 且低于 6V ，F(xiàn)lag2 為高電平， U3 打開，XVBUS 給后級(jí)系統(tǒng)供電開，否則電路關(guān)閉；Flag1 控制芯片 U4 ，如果接入的設(shè)備為 AC 適配器，且 VBUS 高于 4.2V ，F(xiàn)lag1 為高電平， NMOS 芯片 U4 打開，充電芯片U5 由 DCIN腳供電，最大充電電流由電阻R6 控制，計(jì)算公式為IDC=1000/R6(mA)，如果接入的設(shè)備為PC，則 Flag1 為高

6、低平， U4 關(guān)閉，充電芯片 U5 由 USBIN 腳供電，最大充電電流由R7 控制，本系統(tǒng)按照 USB2.0 接口設(shè)計(jì)， R7=2K ，IUSB=500mA 。2 結(jié)論經(jīng)實(shí)際測試，電路連接到PC 的 USB2.0 口時(shí)，電源管理芯片LTC4096EDD輸入端切換到USBIN 腳，電路進(jìn)入慢速充電，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；電路連接到輸出電壓 5.15V 、最大輸出電流2000mA的電源適配器時(shí)， LTC4096EDD 輸入端自動(dòng)切換到 DCIN ，電路進(jìn)行快速充電，并以較大電流驅(qū)動(dòng)能力給后級(jí)系統(tǒng)供電，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3 。該 USB 電源管理電路能自適應(yīng) AC 電源適配器和 PC，自動(dòng)選擇充電模式、后級(jí)

7、系統(tǒng)供電方式， 并且能用于高速 USB 數(shù)據(jù)安全傳輸， 已成功用于手持設(shè)備。參考文獻(xiàn)：1 胡曉軍，張愛成 .USB 接口開發(fā)技術(shù) M. 西安電子科技大學(xué)出版社， 2005.2 劉煜禹，孫超，孫庚，劉煜坤 .USB 總線在自動(dòng)測試中的應(yīng)用 J.沈陽大學(xué)學(xué)報(bào)， 2005 （ 02 ）.3JAN AXELSON. USB 開發(fā)大全 M. 四版 .人民郵電出版社， 2011.4FAN3988 USB/Charger and Over Voltage Detection Device/DataSheetM.Fairchild Semiconductor, 2013.5LTC4096EDD Dual Input Standalone Li-Ion Battery Chargers/DataSheetM. Linear Technolo