如何避免EPOS處理器在9V USB充電條件下發(fā)生短路

便攜式電子銷(xiāo)售點(diǎn)終端(EPOS)設備在全球范圍內越來(lái)越受歡迎。不同于傳統的臺式設備，便攜式EPOS設備的電池續航時(shí)間有限且需要經(jīng)常通過(guò)USD接口或其他連接裝置進(jìn)行充電。

由于快速充電技術(shù)在便攜電子產(chǎn)品市場(chǎng)正日益壯大，便攜式EPOS設備很可能也將采用該功能。由于便攜設備開(kāi)始采用更大的電池，實(shí)現快速充電就需要能夠提供更多電能的充電適配器。不同的制造商都提出了一些方法，但每一種方法都要求電源接頭采用更高的輸入電壓。更高的輸入電壓可以讓更多的電能進(jìn)入系統，實(shí)現快速充電，同時(shí)又不會(huì )使電流超過(guò)接頭的載流容量限制。適配器電壓默認設置為通常的5V(USB VBUS)級別，但外部適配器和移動(dòng)設備間D+/D-數據線(xiàn)上的信號傳遞可以根據需要協(xié)議使適配器輸出更高的電壓。根據適配器容量的不同，典型值包括5、9、12或20V輸出級。系統中的充電集成電路(IC)或應用處理器控制該信號傳遞，使適配器輸出合適的電壓級別。

通常，當插入USB連接器時(shí)，您需要使用一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)在微控制器[MCU])和電池充電器間傳輸電能，如圖1所示配備MaxCharge技術(shù)的bq25890快速充電器。首次連接時(shí)，MCU便對D+/D-進(jìn)行控制。其將檢測對象是轉接頭還是USB連接裝置。

圖1：使用USB和充電器應用的典型應用圖

根據所連接設備的不同，通過(guò)USB連接器的信號可能被發(fā)送到不同的目的地。這就需要USB開(kāi)關(guān)正確地發(fā)送信號。這種情況下，可使用任何匹配該設計帶寬、配置和電壓范圍的USB開(kāi)關(guān)。TI提供多種USB開(kāi)關(guān)，其在配置、電壓范圍、導通電阻(RON)和帶寬方面有著(zhù)廣泛的選擇范圍。

應用處理器無(wú)法容許高電壓。由于快速充電通常在9V電壓下操作，而MCU無(wú)法容許9V電壓，因此，必須始終避免讓MCU接觸該電壓。

USB連接器插座有四個(gè)引腳，如圖2所示從右到左分別為VBUS、D-、D+和GND。協(xié)議快速充電狀態(tài)后，VBUS的電壓將為9V。

圖2：USB開(kāi)關(guān)和引腳描述

當VBUS電壓達到9V時(shí)，若USB插頭未插好或以一定角度拔出可能導致連接器的VBUS引腳與D-引腳發(fā)生短路。這便會(huì )導致連接D-引腳的MCU暴露于VBUS，從而損壞MCU，如圖3所示。

圖3：9V電壓條件下未使用TS3USB3000發(fā)生短路的后果。

TS3USB3000 USB開(kāi)關(guān)可以在9V電壓條件下保護MCU，同時(shí)實(shí)現MCU與充電器/通用異步接收器/發(fā)送器(UART)之間的切換，如圖4所示。將充電器連接至USB端口后，MCU將檢測所連接的充電器并將輸出使能(OE)引腳拉高至禁用開(kāi)關(guān)的高度。MCU將與充電器進(jìn)行通信，表示其可以與VBUS協(xié)議在9V電壓下采用更快的充電模式，亦如圖4所示。TS3USB3000現處于低功率狀態(tài)，開(kāi)關(guān)已禁用并可以對MCU進(jìn)行保護。

圖4：TS3USB3000可以在發(fā)生短路時(shí)，保護9V電壓條件下的MCU

TS3USB3000開(kāi)關(guān)有兩項用途：在主機和充電器間進(jìn)行切換以及在5V到9V電壓條件下為MCU提供保護。針對第一項用途，您可以使用任何USB開(kāi)關(guān)，視設計所要求的帶寬和RON類(lèi)型而定。但針對第二項用途，則需要諸如TS3USB3000這樣專(zhuān)門(mén)的USB開(kāi)關(guān)為MCU提供短路保護。

TS3USB3000可以為需要在9V電壓下操作的設計實(shí)現這兩項用途。該設備可以輕松實(shí)現主機和MCU間的切換，并且，若在插拔USB連接器時(shí)在VBUS和D-引腳間發(fā)生短路，它可以保護MCU。