車載USB充電管理與變換電路詳解

隨著智能手機(jī)和平板電腦的普及以及隨之而來(lái)的高功耗，此類設(shè)備的電池大多只能保持一天的使用。越來(lái)越多的場(chǎng)合和設(shè)備配備了一個(gè)或多個(gè)USB充電端口，而車載USB充電器是其中重要的組成部分。由于車身體積較大，車內(nèi)線路較長(zhǎng)，USB充電端口的電壓可能隨著線路的阻抗而減小從而造成充電電流不足。介紹了一種帶有線路補(bǔ)償功能的車載USB充電器的設(shè)計(jì)，使得USB充電端口的電壓隨著電流的增大而提高，實(shí)現(xiàn)了USB充電電壓的恒定，保證了USB端口的充電電流。

DC/DC Buck 變換器：設(shè)計(jì)主功率級(jí)采用了TI LM25117-Q1控制的同步Buck變換器。LM25117-Q1是一款汽車級(jí)產(chǎn)品，它提供了功率電路所需要的各種保護(hù)，包括可調(diào)節(jié)輸入欠壓，過流及短路以及過溫保護(hù)。另外，LM25117-Q1可以模擬二極管控制，通過外部設(shè)定，使得同步buck變換器在輕載時(shí)候模擬二極管工作，在檢測(cè)到下管有反向電流時(shí)，關(guān)閉下管，提高了變換器的輕載效率。

充電管理電路：一款帶有線路補(bǔ)償?shù)腢SB充電器的設(shè)計(jì)方案。給出了線路補(bǔ)償?shù)挠?jì)算方式以及 mathcad的設(shè)計(jì)過程。輸出充電管理TPS2546-Q1是一款汽車級(jí)產(chǎn)品，具有集成的USB 2.0 高速數(shù)據(jù)線路(D+/D-) 開關(guān)的USB 充電端口控制器和電源開關(guān)。TPS2546-Q1支持BC1.2的SDP/CDP， DCP模式，也支持非BC1.2標(biāo)準(zhǔn)的快速充電模式，比如D+/D-分配模式2.0V/2.7V和2.7V/2.0V、D+/D-1.2V模式。在本設(shè)計(jì)中，TPS2546-Q1配置成DCP-Auto模式(CTL1=0， CTL2=1， CTL3=1， ILIM_SEL=1)， 該模式支持BC1.2 DCP及非BC1.2標(biāo)準(zhǔn)快速充電模式的自動(dòng)切換，能支持目前世界上主流智能手機(jī)、平板電腦快速充電。

處于該模式下，當(dāng)充電電流超過負(fù)載檢測(cè)電流閾值(ILD典型值700mA)時(shí)，STATUS被拉低，LED燈D3會(huì)點(diǎn)亮。當(dāng)充電電流下降到典型值650mA，3秒之后，D3會(huì)熄滅。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，選在 22.1kΩ的電阻R11連接到ILIM_HI腳，設(shè)置限流值典型值為2.275A，最小值為2.12A，最大值為2.43A，以支持最大 12W(5V，2.1A)的充電功率。

光電隔離RS485典型電路圖

RS485總線是一種常見的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，采用平衡發(fā)送與差分接收的方式，因此具有抑制共模干擾的能力。在一些要求通信距離為幾十米到上千米的時(shí)候，RS485總線是一種應(yīng)用最為廣泛的總線。而且在多節(jié)點(diǎn)的工作系統(tǒng)中也有著廣泛的應(yīng)用。RS485電路總體上可以分為隔離型與非隔離型。隔離型比非隔離型在抗干擾、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面都有更出色的表現(xiàn)，但有一些場(chǎng)合也可以用非隔離型。 我們就先講一下非隔離型的典型電路，非隔離型的電路非常簡(jiǎn)單，只需一個(gè)RS485芯片直接與MCU的串行通訊口和一個(gè)I/O控制口連接就可以。如圖1所示：

當(dāng)然，上圖并不是完整的485通信電路圖，我們還需要在A線上加一個(gè)4.7K的上拉偏置電阻;在B線上加一個(gè)4.7K的下拉偏置電阻。中間的R16是匹配電阻，一般是120Ω，當(dāng)然這個(gè)具體要看你傳輸用的線纜。(匹配電阻：485整個(gè)通訊系統(tǒng)中，為了系統(tǒng)的傳輸穩(wěn)定性，我們一般會(huì)在第一個(gè)節(jié)點(diǎn)和最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)加匹配電阻。

所以我們一般在設(shè)計(jì)的時(shí)候，會(huì)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都設(shè)置一個(gè)可跳線的120Ω電阻，至于用還是不用，由現(xiàn)場(chǎng)人員來(lái)設(shè)定。當(dāng)然，具體怎么區(qū)分第一個(gè)節(jié)點(diǎn)還是最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，還得有待現(xiàn)場(chǎng)的專家們來(lái)解答呵。)TVS我們一般選用6.8V的，這個(gè)我們會(huì)在后面進(jìn)一步的講解。