雙穩(wěn)壓器滿足 USB 電源需求

該設(shè)計(jì)理念源于能夠滿足關(guān)鍵 USB 電源規(guī)格的 IC 穩(wěn)壓器的有限可用性，以及對(duì)每個(gè)輸出的開(kāi)啟排序和上升時(shí)間控制的需求。一如既往，對(duì)于與 PC 相關(guān)的設(shè)計(jì)，成本是主要?jiǎng)訖C(jī)。USB 規(guī)范要求所有負(fù)載在通電時(shí)將浪涌電流限制在 100 mA 加上 50 μC 的電荷。如果允許將負(fù)載增加到 500 mA，則可能需要再次限制浪涌電流以防止超過(guò) 500 mA 限制的偏移。另一個(gè)麻煩的 USB 電源要求是 500 μA 的“掛起”電流，您可能只使用其中的 250 μA；終端電阻需要其余部分。掛起要求負(fù)載斷電，但保持活動(dòng)狀態(tài)剛好足以聽(tīng)取再次上電的許可。因此，監(jiān)管機(jī)構(gòu)的總和 工作電流加上負(fù)載電流必須小于 250 μA。雙穩(wěn)壓器電路符合 USB 規(guī)范并為 ASIC 供電，該 ASIC 需要 1.8V 的電壓和 3.3V 的 I/O 電壓以受控序列和轉(zhuǎn)換速率上升（圖 1 ）。

圖 1 該電路符合 USB 規(guī)范的受控上電順序和轉(zhuǎn)換率。

具體而言，內(nèi)核和 I/O 電壓在 0.5V 范圍內(nèi)跟蹤，直到內(nèi)核電壓達(dá)到 1.8V。受控轉(zhuǎn)換率將浪涌電流限制在 100 mA 以下。兩個(gè)微功率線性穩(wěn)壓器使用一個(gè)極低功率帶隙電壓基準(zhǔn)和一個(gè)雙運(yùn)算放大器。雙運(yùn)算放大器必須消耗低功率，輸入有源接地，提供軌到軌驅(qū)動(dòng)，并且在加電時(shí)不能反極性。每個(gè)運(yùn)算放大器都有一個(gè) npn 晶體管緩沖其輸出以提供大于 100 mA 的電流。穩(wěn)壓器環(huán)路對(duì)于這些組件和值是穩(wěn)定的。簡(jiǎn)單的電流限制來(lái)自與每個(gè) 2N3904 集電極引線串聯(lián)的電阻器。

一個(gè) 200kΩ 電阻器連接到電壓基準(zhǔn)處的 10nF 旁路電容器，控制 1.8V 上電上升時(shí)間。產(chǎn)生的上升時(shí)間約為 t RISE =20 μA×1.235V/10 nF=2.5 毫秒。根據(jù)其 100-kΩ、100-nF 輸入濾波器的 10 毫秒時(shí)間常數(shù)，3.3V 電源跟隨 1.8V 電源。連接在 1.8V 和 3.3V 之間的小型肖特基二極管可確保在啟動(dòng)期間 3.3V 在 1.8V 的 0.5V 范圍內(nèi)。大約 38 mA 的浪涌電流為 I INRUSH =C LOAD (dV/dt)，其中 C LOAD 是總負(fù)載電容，dV=1.8V，dt=t RISE。該雙穩(wěn)壓器的總工作靜態(tài)電流僅為 56μA，電路的壞情況下的規(guī)格為圖 1 為 64μA。該圖在掛起模式期間為負(fù)載留下 194 μA 可用電流。圖 1 的應(yīng)用要求每個(gè)輸出的穩(wěn)壓器電流小于 150 mA。您可以輕松修改電路，通過(guò)用 2N4401 代替 2N-3904 并使用 2N3906 添加有源電流限制來(lái)為每個(gè)通道提供超過(guò) 200 mA 的電流（圖 2） 。

圖 2 這種配置將圖 1 電路的輸出電流提高到 200 mA 以上。

許多 USB 供電的電源也需要 5V 輸出。圖 3 的電路 提供的 5V 浪涌限制和一個(gè)信號(hào)以啟用其他電源或負(fù)載。電路中虛線部分將啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流限制在 100 mA 以下。51.1Ω 電阻將 5V 負(fù)載電容充電至大約 4.5V，然后 2N3906 釋放 PFET 的柵極，使其短路電阻。，2N3904 關(guān)閉，使線性穩(wěn)壓器啟動(dòng)。該浪涌電路地限制了與容性負(fù)載無(wú)關(guān)的峰值浪涌電流。使用大負(fù)載電容可防止負(fù)載電流尖峰到達(dá) USB 輸入線。

圖 3 對(duì)于需要 5V 的 USB 應(yīng)用，此電路提供的浪涌限制。