USB驱动下的高效双轨电源设计与实现

本文主要探讨如何从USB接口获取高效、稳定的双轨电源，特别针对那些需要超过5V电压且功率需求较大的应用，如基于运放的仪表放大器或者便携式计算机中的电路设计。USB2.0标准对于设备的功率需求有所规定，小功率设备允许最大100mA，大功率则为500mA。 设计者RooCaya南非普塔迪特哈巴的自由州大学作者分享了一种创新的电路解决方案，它采用反激拓扑，利用一个小型变压器和脉冲调制的555定时器来控制开关。工作频率被设定在115kHz至300kHz，这样的高频有助于减小电路尺寸、提高功率输出和调节性，同时便于实现低纹波的输出滤波。 电路的核心部分包括一个MOSFET开关，配合二极管和变压器。在三个工作相位中，开关的闭合和断开控制电流的流动，能量在磁场和电容间交替存储和传输。为了简单明了地理解，电路假设在t=0时刻，滤波电容已放电到预期的输出电压，且初级线圈无电流。 当开关闭合时，电流开始流经初级线圈，导致次级线圈产生电压，由于二极管处于反偏状态，次级电流几乎为零，相当于一个开路。初级线圈的作用类似于一个简化的电感器，电流线性增加。此时，二极管需要承受的反偏电压等于(nVCC + VOUT)，其中n是互感系数，VCC是USB电源电压。 该电路设计的优点在于其通用性和成本效益，使用常见的电子元件，使得电路具有高度的可重复性和可靠性。通过仿真和验证后，它被成功应用于热致发光(TL)仪器中，为微控制器、USB接口控制器和运放等组件提供了所需的电源。这种从USB接口获得双轨电源的方法为工程师在设计需要更高电压的电路时提供了一种实用且经济的解决方案。