电源技巧分享之如何解决USB电压下降问题-电源网

就目前智能电子产品的应用情况而言，USB形式的充电器已经成为主流，而且这种类型的充电器往往具有快速充电的特性。不过，想要让USB充电器快速充电，那么USB电压就必须维持一定的水平，否则充电器有可能将充电电流减少到较低电平，最终延长了总体充电时间。充电电缆上的电压下降会导致电压不足。今天我们就来看一看，电压下降问题究竟会对USB电缆造成哪些影响，以及应该如何应对可能出现的问题。

按照国际惯例而言，一个常见的USB电缆，其接口接触电阻大约为30mΩ左右。由于有4个触点，这也就意味着总电阻为0.12Ω。这里我们假设每条电源线的长度为1m，并且使用的是一条标准24AWG线缆，那么总的线缆电阻就可以计算为为0.166Ω。预计的电缆和触点总电阻为0.286Ω。

现在问题来了，如果一个5V转换器被设计用来提供一个最大值为2.1A的输出电流，那么电缆上的预期压降将为0.6V。对于5.0V的固定转换器的电压数值而言，电缆末端上的电压将下降到4.4V。这一电压下降的问题对于USB设备来说，这个电压值为较低的电压限值，高电流负载产生潜在问题的原因显而易见。使用更重的USB电缆会有所帮助，而超长USB电缆，使用较小线规线缆，将会使充电率低于最大值。因此，想要改善这一问题，就必须采取某些措施来进一步增加充电电流。

在这里我们要为大家介绍的是几种改善USB电压下降问题的方法。第一种应用比较多的解决方案是尽可能地将典型值为5.0V的无负载输出设定电压提高到5.15V-5.20V，为什么不能再提高了呢？这是因为对于USB3.0来说，最大值为5.25V，所以5.20V已经是电压最高值的极限。这个解决方案在最大2.1A电流时提供足够净空，而对于更高的负载电流，这个方法很快就会难以支撑。

另外一个比较常见的解决方法，是使用的诸如TI公司推出的TPS2511的专用充电端口控制器。这种专用充电端口控制器能够在充电器工作时同步监视USB数据线路，并且将正确的电气签名自动提供给充电兼容器件。除此之外，它还具有一个特别的功能，那就是能够进行电流限制。当充电器工作时，它的电流感测（/CS）引脚在输出电流为限流阀值电阻器所设定的最大电流的一半时下拉为低电平，其工作情况如下图图1所示。如果我们将这个引脚通过一个电阻器与5V电源的反馈电阻器相连将增加输出电压。这就将电压下降减少了大约50%。

图1 电流感测增加在负载为50%时提高输出电压，以应对电压下降

在了解了这一采用专用充电端口控制器改善充电器效率的改善方法后，下面我们再来看一下第三种能够降低USB电压下降问题的技术。下图中，图2中的方框图详细给出了一个线性增加转换器输出电压，以补偿电缆损耗，并且保持电缆末端电压恒定的方法。从图2中可以看到，这个解决方案增加了一个感测电阻器来监视输出电流。一个差分放大器增加感测电阻器上的电压，并且使用这个电压来将一个电流注入到控制器的反馈（FB）引脚内。

图2 电流感测持续调整反馈，以便在负载上保持一个稳定电压