设计解决方案：使用少量空间添加更多USB端口到车辆

本文介绍了一种解决方案，使用包含所有必要部件的单芯片为车辆添加额外的USB充电端口，并为设备提供5V。

现代汽车的内部装有多个USB端口——放置在头部单元、手套箱、扶手和后座上——用于为便携式电子设备充电(图1)。这些端口通过固定电缆连接到无线电头部单元的USB主机充电器/适配器。雷竞技最新app

图1所示。现代汽车控制台与USB插头乘客。

根据位置，电缆长度可以达到几英尺，在汽车中创造欧姆电压降和EMI辐射问题。USB端口的大量USB端口为USB充电器产生了重载，这可能在无线电头单元中产生过多的热量，影响系统可靠性。本文讨论了现有汽车USB主机解决方案的缺点，并提出了一种新的高度集成的解决方案，可轻松支持越来越多的USB端口，同时需要最小的空间和显着减少发热。

现有解决方案

在便携式设备和充电器/适配器之间建立成功的握手后，典型的汽车USB适配器将5V电源提供给便携式设备（PD）。一些充电器/适配器解决方案需要多个芯片占用珍贵空间，并需要难以实现的电缆补偿。其他解决方案采用非同步开关稳压器实现5V电压源，从而导致功耗过高。空间低效的有损解决方案昂贵且最终可靠。此类解决方案不支持在汽车中打包更多USB端口的日益增长的趋势所需的下一代架构。

汽车电子设备的空间量不断缩小。雷竞技最新app许多解决方案也不包括扩频频率调制，这使得从开关调节器调制频率的EMI辐射发射最小化。

一个理想的解决方案

理想的适配器/充电器解决方案将把所有必要的功能集成到一个芯片，以提供易于设计和节省空间。如图2所示的解决方案(USB适配器IC)包括一个同步整流降压转换器(SR buck)以获得最佳效率和一个传感放大器来测量负载电流。一个反馈回路提高输出VSENSP成比例的负载电流和电缆的电阻，正好抵消USB电缆的电压降，并提供5V的设备独立于负载电流。高电流能力是必须的，以支持越来越多的USB端口在现代汽车。

在图2中，数据线(HVD-， HVD+， D-， D+)实现了主机和客户端设备之间的通信，用于充电前的初始握手。

图2。汽车USB 5V适配器原理图

这些特性可以在MAX20037 / MAX20038具有USB保护和主机充电器/适配器仿真的汽车大电流降压转换器。该集成电路结合了3.5A汽车级降压转换器、USB主机充电器/适配器模拟器和用于汽车USB主机应用程序的USB保护开关。大电流功能方便了许多USB端口。

小尺寸

在2.2MHz的工作允许减少输出纹波和更小的外部组件，结合一个小(5mm x 5mm) 28引脚TQFN IC封装，导致最小的PCB空间占用。

效率高

最常见的降压切换架构是不同步降压转换器。在这种架构中，低端整流器是IC外部的肖特基二极管。另一方面，通过利用同步架构，使用作为同步整流器的集成，低电阻，低侧MOSFET替换二极管。我们在MOSFET晶体管RDS（ON）上的小滴投下二极管上的高压降。同步整流提供比典型解决方案使用的不同步转换器更高的效率。由于同步整流，该器件达到90％高于90％的峰值（图3）。

图3。MAX20037 / MAX20038效率

电缆补偿

该设备系列包括USB负载电流检测放大器和可配置的反馈调整电路，旨在为附属电缆中的电压降提供自动USB电压补偿。电缆补偿和诊断可以很容易地通过I²C总线。外部编程电阻被用作I²C总线。

低噪声

在强制PWM模式(FPWM)下，芯片以恒定频率工作。可选的扩频调频设计是为了减少由于调制频率而产生的电磁辐射发射。在图3中，设备频率设置为2.2MHz，在AM频段以上，以减少射频干扰。

负载合规性

集成电路兼容usb兼容和非兼容负载。一个符合标准的USB设备不允许下沉超过30mA，并且当最初连接到端口时，其电容不能超过10μF。然后设备开始D+/D-连接和枚举过程。完成“连接”过程后，设备可以拉出电流(USB2.0 100mA, USB3.0 150mA)，并且不能呈现10μF的电容>。

ESD保护

设备包括低压高带宽数据开关MAX20037和高压高防静电数据开关MAX20038。MAX20037提供高达6V的数据开关保护和高ESD保护与外部ESD阵列。MAX20038提供高达18V的数据开关保护和内部ESD保护电路的高ESD保护。

结论

现代汽车的内部填充了多个USB端口，用于便携式电子设备充电，为充电器/适配器创造空间和发热挑战。雷竞技最新app将这些端口连接到无线电头单元中的USB主机的电缆创建欧姆电压降和EMI辐射挑战。本文讨论了现有解决方案的缺点，并提出了高度集成的汽车降压转换器，支持大量端口，具有其高电流能力和最小空间占用，噪音和发热。它们通过i轻松弥补有线欧姆损耗²C总线或通过外部编程电阻。

了解更多

MAX20037/MAX20038汽车大电流降压转换器，USB保护/主机充电器适配器仿真

行业文章是一种内容的形式，允许行业合作伙伴分享有用的新闻，消息和技术，所有关于电路读者的行为编辑内容并不适合。雷竞技注册所有行业文章都受到严格的编辑准则，目的是提供读者有用的新闻，技术专业知识或故事。在行业文章中表达的观点和意见是合作伙伴的观点，不一定是关于电路或其作家的所有人。雷竞技注册