電源技巧：不要讓USB電壓下降減慢充電器的速度

　　諸如手機和平板電腦等便攜式設備能夠實(shí)現比以前更快的充電速度。要獲得快速的充電時(shí)間，充電器件上的電壓必須保持在適當的水平上。如果不這樣的話(huà)，充電器有可能將充電電流減少到較低(不過(guò)仍然是可以接受的)電平，最終延長(cháng)了總體充電時(shí)間。充電電纜上的電壓下降會(huì )導致電壓不足。我們看一看這會(huì )對通用串行總線(xiàn) (USB) 電纜造成哪些影響，以及如何應對可能出現的問(wèn)題。

　　一個(gè)常見(jiàn)的USB電纜接口接觸電阻大約為30mΩ。由于有4個(gè)觸點(diǎn)(電纜每端兩個(gè))，這表示總電阻為0.12Ω。假定每條電源線(xiàn)的長(cháng)度為1m，并且使用的是一條標準24AWG線(xiàn)纜，那么總的線(xiàn)纜電阻為0.166Ω。預計的電纜和觸點(diǎn)總電阻為0.286Ω。如果5V轉換器被設計用來(lái)提供一個(gè)最大值為2.1A的輸出電流，那么電纜上的預期壓降將為0.6V。對于5.0V的固定轉換器電壓，電纜末端上的電壓將下降到4.4V。對于USB設備來(lái)說(shuō)，這個(gè)電壓值為較低的電壓限值，高電流負載產(chǎn)生潛在問(wèn)題的原因顯而易見(jiàn)。使用更重的USB電纜會(huì )有所幫助，而超長(cháng)USB電纜，使用較小線(xiàn)規線(xiàn)纜，將會(huì )使充電率低于最大值。必須采取某些措施來(lái)進(jìn)一步增加充電電流。

　　一個(gè)常見(jiàn)的解決方案就是盡可能地將典型值為5.0V的無(wú)負載輸出設定電壓提高到5.15V至5.20V(對于USB 3.0來(lái)說(shuō)，最大值為5.25V)。這個(gè)解決方案在最大2.1A電流時(shí)提供足夠(雖然仍舊為最小值)凈空。而對于更高的負載電流，這個(gè)方法很快就會(huì )難以支撐。

　　另外一個(gè)方法使用的是諸如TPS2511的專(zhuān)用充電端口控制器。這個(gè)器件監視USB數據線(xiàn)路，并且將正確的電氣簽名自動(dòng)提供給充電兼容器件;它還具有一個(gè)電流限制功能。它的電流感測 (/CS) 引腳在輸出電流為限流閥值電阻器所設定的最大電流的一半時(shí)下拉為低電平。如圖1所示，將這個(gè)引腳通過(guò)一個(gè)電阻器與5V電源的反饋電阻器相連(請見(jiàn)TPS2511數據表中的圖33)將增加輸出電壓。這就將電壓下降減少了大約50%。設計示例請參見(jiàn)雙端口汽車(chē)USB充電器參考設計。

　　圖1：電流感測增加在負載為50%時(shí)提高輸出電壓，以應對電壓下降

　　圖2中的方框圖詳細給出了一個(gè)線(xiàn)性增加轉換器輸出電壓，以補償電纜損耗，并且保持電纜末端電壓恒定的方法。這個(gè)解決方案增加了一個(gè)感測電阻器來(lái)監視輸出電流。一個(gè)差分放大器增加感測電阻器上的電壓，并且使用這個(gè)電壓來(lái)將一個(gè)電流注入到控制器的反饋 (FB) 引腳內。如需進(jìn)一步了解這個(gè)方法的詳細信息，請參見(jiàn)“電源技巧：補償電纜上的電壓下降”。

　　圖2：電流感測持續調整反饋，以便在負載上保持一個(gè)穩定電壓

　　這些技術(shù)只是應對電壓下降、盡可能縮短充電時(shí)間的幾個(gè)方法。