高效USB端口电池充电设计方案

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高效USB端口电池充电设计方案

       USB为多种便携设备提供了通过单个“通用”电源充电的手段，从而更加方便。但是这方面也存在着许多挑战。以前的USB充电能力相当有限；标准USB主机端口的电流确实只适合为计算机外设（比如键盘，鼠标和读卡器）进行供电。USB2.0支持的供电电流可达500mA，可以为电池缓慢充电。与此同时，大家期待的是如何大幅缩短充电时间。
% D  d! M6 B+ m( f( M* ~$ W# \9 u　　在这个环境下，2011年初推出的1.2版USB充电规范，提出了新的供电模式，增加了为设备电池充电的灵活性。本文将介绍可支持最大1.8A电流的专用充电接口（DCP）的概念。这几乎是标准下行端口（SDP）USB2.0连接承载电流的4倍，从而能够极大加快充电时间。
. O! ^3 V$ i* s( X! h! B0 }　　关于DCP
　　USB接口有4条屏蔽线。它们是：用于给连接外设供电的VBUS，负数据端D-，正数据端D+以及接地GND（图1）。在DCP中，D+和D-通过一个 200Ω电阻短接在一起，防止数据传输。它向连接外设指示，端口完全集中在充电功能，不能提供主控功能。通过USB端口进行连接的任何便携设备能够区分它是处于DCP或是SDP相当重要。这样使它能够利用更大的可用充电电流。
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　　图1：DCP与SDP的不同点

　　

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　　图2：传统的USB电池充电线路

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, \8 P' V. U- i/ ~/ Y& _　　图3描述了基于X-CHIP的电池充电应用。电路在连接到USB主机端口或DCP的时候会为电池充电。CBUS引脚可用于控制电池充电率（取决于所检测到的电源和相应的电流限值）。电池的充电率由连接到凌力尔特公司（Linear）电池充电控制器LTC4053的PROG引脚的电阻决定。

　　

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　　图3：简化的USB充电线路

% U5 H/ p$ a- y/ `6 \5 S　　CBUS管脚包括BCD#、PWREN#和SLEEP#。BCD#是漏极开路低电平有效输出信号。它用来指示X-CHIP何时被连接到DCP。 PWREN#是漏极开路低电平有效输出信号。它显示X-CHIP已经被USB主控制器所列举。该信号用于选择PROG引脚上的电阻值，以便驱动500mA 充电。SLEEP#是推挽式低电平有效输出信号。它显示X-CHIP何时进入USB挂起模式。该信号用于在设备由USB主机供电，主控端将X-CHIP设置为挂起模式时，切断LTC4053电源。
　　在图3中，LT4053的PROG引脚的阻抗由电阻R12，R13和R14设置。BCD#用于配置PROG引脚的电阻网络以达到约1A的充电电流。
1 `! D2 ?6 b5 i# K) z; M8 U9 i/ N　　BCD#，PWREN#和SLEEP#输出设计是为了将充电应用的外部电路最小化。通常，外部MOSFET器件需要选择范围。正如前文所提，X-CHIP 驱动BCD#信号来指示DCP的检测。漏极开路输出将R14短路到地，从而LTC4053 PROG引脚的阻抗将为16.5k？与1.5k？电阻并联到地。这能够触发将近1A的充电电流。当X-CHIP连接到标准USB主控制器时，这个引脚不会驱动，设备作为一个传统的USB接口芯片来工作。由于BCD#信号是没有内部上拉的漏极开路输出，它可用来将电阻R14下拉到地，而不需要使用任何外部 MOSFET。
4 q( i4 {1 V/ A; \4 N　　在设备启动时，CBUS引脚默认为输入，并具有微弱的上拉，直到读取MTP ROM。这将发生将近14ms时间，之后，CBUS引脚将采用它们所选的功能，像本文中所描述的那样工作。
　　本文小结
　　得益于USB的广泛应用，USB端口显然是便携式设备获取电源的便利之所，通过单独互连便可以提供10W功率，供应给各种不同的设备。而且，各国（包括中国和欧盟成员国）USB充电标准化的推行使消费者能够采用更少的充电电缆。这将在增加便利的同时，减少每年进入环境的电子废物的数量（这主要是由定制适配器产生的）。通过使用集成方式而不是依赖于分立器件，能够创建空间、器件和工程资源方面更优的充电电路。USB不仅是最受欢迎的数字互联线，而且是电子产品供电和电池充电的关键系统部件。

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