如何實現(xiàn)低導(dǎo)通損耗的USB電源開關(guān)的設(shè)計？

5 仿真結(jié)果與討論

圖5 為負(fù)載正常情況下負(fù)載輸出電壓和功率管電流的仿真波形。電源電壓為5 V， C1、C2 電容值為1 pF， 時鐘周期為40 s， NHV 和MP6 寬長比的比值為300， 功率管的并聯(lián)個數(shù)為1 103。采用0. 6 m30 V BCD 工藝， 在典型條件下， 用HSPICE 對整體電路仿真。由波形可以看出， 在1 ms 內(nèi)， 負(fù)載輸出電壓逐漸上升， 功率管電流沒有過沖， 啟動時間為1. 7 ms。3 ms 后， 功率管完全開啟， 為負(fù)載提供電源。

圖5 啟動時功率管電流和負(fù)載輸出電壓

表1 為限流電路工作時功率管的平均柵電壓和平均電流。圖6 為USB 開關(guān)啟動8 ms 后負(fù)載短路到恢復(fù)正常的仿真結(jié)果。U SB 開關(guān)在負(fù)載正常情況下啟動， 8 ms 后負(fù)載短路， 負(fù)載電流過沖到3. 1A。當(dāng)過流保護(hù)電路工作后， 過流保護(hù)電路將電流限制在0. 3 A， 保護(hù)了U SB 端口。16 ms 后， 負(fù)載恢復(fù)正常， 電源開關(guān)重新啟動。

表1 限流時功率管平均柵電壓和平均電流

圖6 USB 開關(guān)在啟動、限流和恢復(fù)正常過程中， 電荷泵輸出電壓、負(fù)載輸出電壓和功率管電流的仿真波形

6 結(jié)論

本文設(shè)計了一種滿足USB 規(guī)范的電源開關(guān)。一種結(jié)構(gòu)簡單的自舉電荷泵為N 型功率管提供柵驅(qū)動電壓， 以降低開關(guān)的導(dǎo)通損耗。精確的限流電路針對過載和短路故障， 對輸入電源提供保護(hù)。仿真結(jié)果表明， 在負(fù)載短路瞬間， 限流電路能夠有效地減小過沖電流， 并能把電流限制在0. 3 A， 達(dá)到保護(hù)USB 端口的目的。