USB电源开关设计：低损耗与过流保护

"本文设计了一种低导通损耗的USB电源开关电路，利用自举电荷泵提高N型功率管的栅压，降低开关损耗，并在过载时通过过流保护电路限制输出电流至0.3A。" 在电源技术领域，USB电源开关的设计至关重要，特别是在USB设备广泛应用的今天。USB接口因其便捷的即插即用特性，成为连接各种便携设备的标准。然而，这种特性也可能导致在负载异常时，瞬间大电流流过电源开关，造成电路损伤。为了解决这一问题，本文提出了一种创新设计，旨在降低USB电源开关的导通损耗并提供过载保护。 设计的核心是采用自举电荷泵，它能为N型功率管提供高于输入电源电压的栅驱动电压。在正常工作条件下，电荷泵产生的高电压使得功率管能在深线性区工作，这显著降低了从输入电源到负载的传导损耗，提高了效率。电荷泵的工作原理是利用时钟信号(Φ)控制电容的充放电，以提升电压。在图2所示的自举电荷泵电路中，当时钟信号为低时，电容C1被充电，而在信号翻转为高时，电荷转移至功率管的栅极电容CGATE，提升其电压。 当负载电流超过设定阈值（如1A）时，过流检测电路(Currentsense)激活，向过流保护电路(Currentlimit)发送信号。过流保护电路通过调节电荷泵的输出电压VPUMP，使功率管进入饱和区，从而限制输出电流不超过0.3A，有效防止过载对系统造成损害。一旦负载恢复正常，Currentsense将恢复低电平，电荷泵重新提供高电压驱动，保证系统的正常运行。 此外，为了确保电荷泵的稳定工作，电路可能还需要包括滤波和稳压组件，以消除时钟信号的噪声，并保持栅驱动电压的稳定。同时，选择合适的电容值、功率管类型和时钟频率也是优化设计的重要因素，需要综合考虑开关速度、效率和元件承受能力。 这种低导通损耗的USB电源开关设计结合了高效能和保护功能，对于USB接口的广泛应用环境提供了可靠的电源管理解决方案，降低了系统故障的风险，提高了整体系统的可靠性和安全性。