车载USB充电管理与变换电路详解

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随着智能手机和平板电脑的普及以及随之而来的高功耗,此类设备的电池大多只能保持一天的使用。越来越多的场合和设备配备了一个或多个USB充电端 口,而车载USB充电器是其中重要的组成部分。由于车身体积较大,车内线路较长,USB充电端口的电压可能随着线路的阻抗而减小从而造成充电电流不足。本 文介绍了一种带有线路补偿功能的车载USB充电器的设计,使得USB充电端口的电压随着电流的增大而提高,实现了USB充电电压的恒定,保证了USB端口 的充电电流。

DC/DC Buck 变换器:设计主功率级采用了TI LM25117-Q1控制的同步Buck变换器。LM25117-Q1是一款汽车级产品,它提供了功率电路所需要的各种保护,包括可调节输入欠压,过流及 短路以及过温保护。另外,LM25117-Q1可以模拟二极管控制,通过外部设定,使得同步buck变换器在轻载时候模拟二极管工作,在检测到下管有反向 电流时,关闭下管,提高了变换器的轻载效率。

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充电管理电路:一款带有线路补偿的USB充电器的设计方案。给出了线路补偿的计算方式以及 mathcad的设计过程。输出充电管理TPS2546-Q1是一款汽车级产品,具有集成的USB 2.0 高速数据线路(D+/D-) 开关的USB 充电端口控制器和电源开关。TPS2546-Q1支持BC1.2的SDP/CDP, DCP模式,也支持非BC1.2标准的快速充电模式,比如D+/D-分配模式2.0V/2.7V和2.7V/2.0V、D+/D-1.2V模式。在本设计 中,TPS2546-Q1配置成DCP-Auto模式(CTL1=0, CTL2=1, CTL3=1, ILIM_SEL=1), 该模式支持BC1.2 DCP及非BC1.2标准快速充电模式的自动切换,能支持目前世界上主流智能手机、平板电脑快速充电。处于该模式下,当充电电流超过负载检测电流阈值 (ILD典型值700mA)时,STATUS被拉低,LED灯D3会点亮。当充电电流下降到典型值650mA,3秒之后,D3会熄灭。根据数据手册,选在 22.1kΩ的电阻R11连接到ILIM_HI脚,设置限流值典型值为2.275A,最小值为2.12A,最大值为2.43A,以支持最大 12W(5V,2.1A)的充电功率。

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RS485总线是一种常见的串行总线标准,采用平衡发送与差分接收的方式,因此具有抑制共模干扰的能力。在一些要求通信距离为几十米到上千米的时 候,RS485总线是一种应用最为广泛的总线。而且在多节点的工作系统中也有着广泛的应用。RS485电路总体上可以分为隔离型与非隔离型。隔离型比非隔 离型在抗干扰、系统稳定性等方面都有更出色的表现,但有一些场合也可以用非隔离型。 我们就先讲一下非隔离型的典型电路,非隔离型的电路非常简单,只需一个RS485芯片直接与MCU的串行通讯口和一个I/O控制口连接就可以。如图1所示:

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当然,上图并不是完整的485通信电路图,我们还需要在A线上加一个4.7K的上拉偏置电阻;在B线上加一个4.7K的下拉偏置电阻。中间的R16是匹 配电阻,一般是120Ω,当然这个具体要看你传输用的线缆。(匹配电阻:485整个通讯系统中,为了系统的传输稳定性,我们一般会在第一个节点和最后一个 节点加匹配电阻。所以我们一般在设计的时候,会在每个节点都设置一个可跳线的120Ω电阻,至于用还是不用,由现场人员来设定。当然,具体怎么区分第一个 节点还是最后一个节点,还得有待现场的专家们来解答呵。)TVS我们一般选用6.8V的,这个我们会在后面进一步的讲解。