设计具有竞争优势的USB OTG电源

2017-05-11 13:45:09 来源:EEFOCUS
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通用串行总线即“USB”已经流行许久; 起初USB设备便具有主设备和从设备之分:传输的数据来自主设备如电脑,数据传输至从设备如手机、鼠标或键盘。但随着消费电子产品的发展,从智能手机到U盘、从平板电脑到智能手机以及从相机到打印机之间的数据传输需求也随之增加。

USB On-the-Go(OTG)是使设备能够充当主设备或从设备的规范。USB OTG可广泛应用于PC、智能手机、ePOS(电子销售点)和移动电源。主设备或从设备的角色可以根据协议进行改变。数据可从智能手机或相机传输存储到U盘中,当智能手机连接到主设备PC时,智能手机也可以充当从设备。数码相机照片可直接上传至打印机,而无需通过PC传输。数据可在“从设备”之间相互传输。这在我们的日常生活中十分有用。图1所示为市售的USB OTG驱动器和USB OTG连接线。

 

 


图1:USB OTG驱动器(左)和USB连接线(右)


OTG功能在便携式设备中非常流行,其中大部分设备由锂离子(Li-ion)电池(2.7V至4V)供电。USB OTG电源需要一个升压转换器(通常为5V)。

随着数据传输速度不断提高,USB Implementers Forum多次更新了电源规格,并于2016年宣布了最新USB OTG设备的USB电源(PD)规范。该USB PD规范规定,5V时的最大电流为3A。TI的TPS61230A高效升压转换器可涵盖此规范的大多数应用。对于大多数便携式设备来说,由于内部空间有限,所以封装尺寸和散热性能就显得至关重要。TPS61230A在尺寸和性能(效率、散热)之间实现了良好平衡,并且满足了锂离子电池USB PD的最大5V/2.4A的功率需求,如图2所示。

 


图2:USB OTG Vbus电源框图

 

TPS61230A基于谷值限流模式控制方案,最小开关电流为4.8A。该器件集成了两个低RDS(on)FET(18mΩ/高速,21mΩ/低速),这使其具有更高的效率和更良好的热性能。在室温条件下,VIN = 3.6V,VOUT = 5.0V,IOUT = 2.0A时,只能实现25℃的升温,如图3所示。

 

 


图3:热性能和EVM


TPS61230A频率可高达1.15MHz,可适用于小尺寸的电感和电容。TPS61230A 为紧凑型;QFN(四方扁平无引线)2mm×2mm封装只有七个管脚。封装下方的增强型电源总线有助于散热(热电阻为56℃/W,电源总线下方有通孔)。TPS61230A 在电力系统中极易设计,而七个管脚使得印刷电路板(PCB)布局极其简单。

图4所示为不同输入电压的效率曲线。在VOUT = 5V和VIN = 3.6V时,TPS61230A具有3A的出色输出容量;效率可高达94%。

 


图4:测试条件:VOUT = 5V,L =1μH(XFL4020-102MEB)


总之,由于高侧和低侧MOSFET的导通电阻都很低,TPS61230A可使您的设计更加紧凑、更加冷却、更加强大。
 

 

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