智能轉(zhuǎn)換器可同時滿足USB或插墻式電源供電需求
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作者：DLPL. ING. DIRK GEHRKE
時間：2005-09-09
來源：EDN電子設(shè)計技術(shù)
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智能轉(zhuǎn)換器可同時滿足USB或插墻式電源供電需求
某 OEM 制造商找到我們，表示需要我們提供“智能化的”DC/DC轉(zhuǎn)換器，這樣他們正基于 OMAP處理器以及 TPS6501x 電源管理器件開發(fā)的手持設(shè)備就能毫無問題地使用現(xiàn)有的配件、連接器和機(jī)殼了。下列介紹的解決方案采用低功耗 DC/DC 開關(guān)調(diào)節(jié)器解決了這一問題。通過添加某些外部組件，該部件能夠解決電源連接問題，同時降低墻式電源適配器的電壓，從而成功地為 TPS6501x 電源管理設(shè)備供電。
諸如數(shù)碼相機(jī)、個人數(shù)字助理 (PDA)、因特網(wǎng)音頻播放器或蜂窩式/智能電話等應(yīng)用均由單體鋰離子或鋰聚合物電池供電。某些設(shè)備面臨的問題是，怎樣使用一種通用的連接器來適應(yīng)兩種不同的電源，比方說 USB 連接器或 AC/DC 墻式電源適配器。TPS6501x 是一款高度集成的器件，其專門針對基于 OMAP 處理器的應(yīng)用，帶有兩個集成的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，兩個低壓降調(diào)節(jié)器 (LDO)，以及一個鋰離子或鋰聚合物電池充電器。該系列器件還具備更多的特性，適用于不同應(yīng)用的需求。
諸如數(shù)碼相機(jī)、個人數(shù)字助理 (PDA)、因特網(wǎng)音頻播放器或蜂窩式/智能電話等應(yīng)用均由單體鋰離子或鋰聚合物電池供電。某些設(shè)備面臨的問題是，怎樣使用一種通用的連接器來適應(yīng)兩種不同的電源，比方說 USB 連接器或 AC/DC 墻式電源適配器。TPS6501x 是一款高度集成的器件，其專門針對基于 OMAP 處理器的應(yīng)用，帶有兩個集成的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，兩個低壓降調(diào)節(jié)器 (LDO)，以及一個鋰離子或鋰聚合物電池充電器。該系列器件還具備更多的特性，適用于不同應(yīng)用的需求。
這里介紹的電路可對連接的供電電壓進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓，從而滿足 TPS6501x 電源管理控制器正常工作所需的 5.5V 最大額定電壓。如果應(yīng)用對 USB 連接器或 AC/DC 墻式電源適配器只有一個引腳可用，那么就需要內(nèi)部明確連接到哪種電源，并將電源連接至 TPS65010 電源管理控制器的適當(dāng)接口。兩種不同的電源分別接至 USB 引腳 43 及 AC 引腳 40。
在我們給出的具體示例中，USB 連接帶有 5V 電源軌，范圍介于 4.5V 至 5.5V 之間，最大電流為 100mA 或 500mA。未經(jīng)穩(wěn)壓的 AC/DC 墻式電源適配器在負(fù)載電流最大為200mA 的情況下，其輸出電壓為9.5V，在負(fù)載電流為 700mA 的情況下會降至7.1V。
圖 1 顯示了基于 TPS62051 降壓控制器的電路示意圖。TPS62051 的優(yōu)勢在于增強(qiáng)了LBI（低電池電量指示器）功能，從而實現(xiàn)了精確的、用戶可編程欠壓鎖定 (UVLO) 功能。
如果將AC/DC墻式電源適配器連接到單引腳連接器，那么該引腳上的有效電壓將根據(jù)負(fù)載處于7.1V至最大9.5V的范圍之內(nèi)。LBI閾值電壓經(jīng)過設(shè)定后，其值為6V。一旦輸入電壓升高至6V 以上，TPS62051將啟動操作，對輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至降至5V。該5V電壓對TPS65010 控制器的AC引腳40而言是有效的。由于此處的LBO（低電池電量輸出）引腳是集電極開路，因此P通道 MOSFET 即T1為關(guān)閉，而0V在TPS65010的USB 引腳 43 處是有效的（圖2）。
在我們給出的具體示例中，USB 連接帶有 5V 電源軌，范圍介于 4.5V 至 5.5V 之間，最大電流為 100mA 或 500mA。未經(jīng)穩(wěn)壓的 AC/DC 墻式電源適配器在負(fù)載電流最大為200mA 的情況下，其輸出電壓為9.5V，在負(fù)載電流為 700mA 的情況下會降至7.1V。
圖 1 顯示了基于 TPS62051 降壓控制器的電路示意圖。TPS62051 的優(yōu)勢在于增強(qiáng)了LBI（低電池電量指示器）功能，從而實現(xiàn)了精確的、用戶可編程欠壓鎖定 (UVLO) 功能。
如果將AC/DC墻式電源適配器連接到單引腳連接器，那么該引腳上的有效電壓將根據(jù)負(fù)載處于7.1V至最大9.5V的范圍之內(nèi)。LBI閾值電壓經(jīng)過設(shè)定后，其值為6V。一旦輸入電壓升高至6V 以上，TPS62051將啟動操作，對輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至降至5V。該5V電壓對TPS65010 控制器的AC引腳40而言是有效的。由于此處的LBO（低電池電量輸出）引腳是集電極開路，因此P通道 MOSFET 即T1為關(guān)閉，而0V在TPS65010的USB 引腳 43 處是有效的（圖2）。
由于 TPS62051的LBO引腳最大電壓額定值為6V，因此應(yīng)通過小信號NPN晶體管對LBO信號進(jìn)行電平移動 (level shift)。集電極開路的電壓電平通常為5.1V（最大5.4V），這完全在參數(shù)限制的范圍之內(nèi)。
此處唯一的缺點(diǎn)是，在斷電時，USB引腳43短時間內(nèi)會出現(xiàn)電壓下降。
如果將USB線纜連接至單引腳連接器，其電壓為4.5V，最大有效值為 5.5V。由于該電壓大大低于 TPS62051的編程LBI閾值電壓，因此DC/DC轉(zhuǎn)換器保持關(guān)閉。LBO漏極輸出會激活，引腳將處于低阻抗模式。這將啟用P通道即T1，而輸入電壓將直接連接至TPS65010的USB引腳43。
如果采用USB供電，那么AC引腳電壓將保持在較低的水平，因為不會達(dá)到6V閾值電壓。在輸入的有效供電電壓與USB引腳的有效電壓之間，電壓為4.5V時延遲為200ms，5.5V時延遲約 140ms。
此處唯一的缺點(diǎn)是，在斷電時，USB引腳43短時間內(nèi)會出現(xiàn)電壓下降。
如果將USB線纜連接至單引腳連接器，其電壓為4.5V，最大有效值為 5.5V。由于該電壓大大低于 TPS62051的編程LBI閾值電壓，因此DC/DC轉(zhuǎn)換器保持關(guān)閉。LBO漏極輸出會激活，引腳將處于低阻抗模式。這將啟用P通道即T1，而輸入電壓將直接連接至TPS65010的USB引腳43。
如果采用USB供電，那么AC引腳電壓將保持在較低的水平，因為不會達(dá)到6V閾值電壓。在輸入的有效供電電壓與USB引腳的有效電壓之間，電壓為4.5V時延遲為200ms，5.5V時延遲約 140ms。
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