低導通損耗的USB電源開(kāi)關(guān)的設計與實(shí)現

5 仿真結果與討論

圖5 為負載正常情況下負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(shí)鐘周期為40 s， NHV 和MP6 寬長(cháng)比的比值為300， 功率管的并聯(lián)個(gè)數為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， 負載輸出電壓逐漸上升， 功率管電流沒(méi)有過(guò)沖， 啟動(dòng)時(shí)間為1. 7 ms。3 ms 后， 功率管完全開(kāi)啟， 為負載提供電源。

圖5 啟動(dòng)時(shí)功率管電流和負載輸出電壓

表1 為限流電路工作時(shí)功率管的平均柵電壓和平均電流。圖6 為USB 開(kāi)關(guān)啟動(dòng)8 ms 后負載短路到恢復正常的仿真結果。U SB 開(kāi)關(guān)在負載正常情況下啟動(dòng)， 8 ms 后負載短路， 負載電流過(guò)沖到3. 1A。當過(guò)流保護電路工作后， 過(guò)流保護電路將電流限制在0. 3 A， 保護了U SB 端口。16 ms 后， 負載恢復正常， 電源開(kāi)關(guān)重新啟動(dòng)。

表1 限流時(shí)功率管平均柵電壓和平均電流

圖6 USB 開(kāi)關(guān)在啟動(dòng)、限流和恢復正常過(guò)程中， 電荷泵輸出電壓、負載輸出電壓和功率管電流的仿真波形

6 結論

本文設計了一種滿(mǎn)足USB 規范的電源開(kāi)關(guān)。一種結構簡(jiǎn)單的自舉電荷泵為N 型功率管提供柵驅動(dòng)電壓， 以降低開(kāi)關(guān)的導通損耗。精確的限流電路針對過(guò)載和短路故障， 對輸入電源提供保護。仿真結果表明， 在負載短路瞬間， 限流電路能夠有效地減小過(guò)沖電流， 并能把電流限制在0. 3 A， 達到保護USB 端口的目的。