USB电源开关设计：自举电荷泵与过流保护

"3电荷泵设计 图2为一种自举型（SelfBoost）电荷泵的电路原理图。在该设计中，时钟信号CK控制电荷泵的工作周期。在时钟的低电平阶段，MOSFET MP1导通，电源电压VIN通过C1为电荷泵电容C1充电，使得V1电位升高至电源电压水平。同时，V2电位也随之提升，导致MOSFET MP2导通。由于栅极电容CGATE远大于电容C1，大部分电荷会被转移至CGATE，使得栅极电压升高至2倍于电源电压。在时钟的高电平阶段，MP1关闭，MP2保持导通，此时CGATE通过MP2放电，保持高电位状态，直至下一个时钟周期的低电平阶段再次充电。 4过流保护电路 过流保护电路是USB电源开关的关键部分，它确保在负载异常时能快速响应。Currentsense电阻用于检测功率管的电流，当电流超过设定阈值（如1A）时，Currentsense两端的压降会使Currentsense输出高电平。这个高电平信号触发过流保护电路Currentlimit，它通过调整电荷泵的输出电压VPUMP，使功率管进入饱和区，从而限制电流的增长。这种反馈机制可以有效防止因过大的瞬态电流导致的器件损坏。一旦负载恢复正常，Currentsense的电压下降，过流保护解除，电荷泵恢复正常的栅驱动电压，功率管重新回到线性工作状态。 5热插拔保护 考虑到USB设备的热插拔特性，此设计特别强化了热插拔保护功能。在设备插入或拔出时，可能会产生瞬时的大电流脉冲，过流保护电路能迅速响应，防止这些瞬态电流对系统造成损害。同时，设计中的适当热管理措施也有助于降低器件在高电流状态下的温升，提高系统的长期稳定性。 6效率优化 为了提高整个USB电源开关的效率，设计中采用了低内阻的功率管和高效能的电荷泵，减少导通损耗和开关损耗。此外，通过精细调整Currentsense电阻的阻值和过流保护阈值，可以在保护电路和效率之间找到最佳平衡点。 7总结 电源技术中的USB电源开关设计方案，通过自举电荷泵提供增强的栅驱动电压，并集成过流保护电路，为USB设备提供安全、可靠的电源供应。这一设计考虑了USB设备的热插拔特性，有效保护了电路不受异常电流的影响，同时优化了效率，适应了各种USB应用的需求。随着USB设备的普及，这样的电源开关方案将有助于提高系统的稳定性和用户的安全体验。"