从USB获得高效双轨电源的设计原理

概述：

设计5V以外电源的小功率USB电路时，您必须确定是使用独立电池，还是使用来自主机的小型电源。如果电路需要大于5V的双轨电源(如采用了基于运放的仪表放大器)，或必须用于便携计算机如笔记本电脑上，则问题就更复杂了。USB2.0 标准规定了对连接设备的功率要求，即耗电最大100mA，视为小功率；耗电最大500mA，则视为大功率。本文所述电路原用于一个热致发光(TL)仪器设 计，设计中的微控制器、USB接口控制器，以及10个运放均作为小功率器件，从一个USB端口获得全部电源。设备的运行需要有高性能、低噪声拾取，使系统射频辐射尽可能低。在搭建电路以前，做过仿真与验证，然后用于TL系统。本设计的吸引力在于，由于它采用的是常见元器件，提高了可重复性，同时降低了成本。电路运行原理基于反激概念(图1)，运行期间，一只小型变压器受一只脉冲调制555非稳电路的驱动，工作频率在115kHz~300kHz。高工作频率可以使电路的整体尺寸较小，同时提供相对较高的功率输出以及良好的调节性，使输出滤波更容易做到低纹波。实 际电路中用一只MOSFET来实现开关。图1中，二极管对正的VOUT表现为正偏。将二极管和一个变压器绕组极性反向，就获得一个负的VOUT。电路工作 在三个不同的相位。在相位一，开关闭合，因电流流过变压器初级，能量以磁场形式存储起来。二极管反偏，次级没有电流流过。在相位二，开关打开，二极管变成正偏，能量从磁场传送给电容C。在相位三，能量的转储完成，在开关漏源电容中存储的任何剩余电荷都被完全释放。然后重复这个循环。