双稳压器满足 USB 电源需求

该设计理念源于能够满足关键 USB 电源规格的 IC 稳压器的有限可用性，以及对每个输出的开启排序和上升时间控制的需求。一如既往，对于与 PC 相关的设计，成本是主要动机。USB 规范要求所有负载在通电时将浪涌电流限制在 100 mA 加上 50 μC 的电荷。如果允许将负载增加到 500 mA，则可能需要再次限制浪涌电流以防止超过 500 mA 限制的偏移。另一个麻烦的 USB 电源要求是 500 μA 的“挂起”电流，您可能只使用其中的 250 μA；终端电阻需要其余部分。挂起要求负载断电，但保持活动状态刚好足以听取再次上电的许可。因此，监管机构的总和 工作电流加上负载电流必须小于 250 μA。双稳压器电路符合 USB 规范并为 ASIC 供电，该 ASIC 需要 1.8V 的电压和 3.3V 的 I/O 电压以受控序列和转换速率上升（图 1 ）。

图 1 该电路符合 USB 规范的受控上电顺序和转换率。

具体而言，内核和 I/O 电压在 0.5V 范围内跟踪，直到内核电压达到 1.8V。受控转换率将浪涌电流限制在 100 mA 以下。两个微功率线性稳压器使用一个极低功率带隙电压基准和一个双运算放大器。双运算放大器必须消耗低功率，输入有源接地，提供轨到轨驱动，并且在加电时不能反极性。每个运算放大器都有一个 npn 晶体管缓冲其输出以提供大于 100 mA 的电流。稳压器环路对于这些组件和值是稳定的。简单的电流限制来自与每个 2N3904 集电极引线串联的电阻器。

一个 200kΩ 电阻器连接到电压基准处的 10nF 旁路电容器，控制 1.8V 上电上升时间。产生的上升时间约为 t RISE =20 μA×1.235V/10 nF=2.5 毫秒。根据其 100-kΩ、100-nF 输入滤波器的 10 毫秒时间常数，3.3V 电源跟随 1.8V 电源。连接在 1.8V 和 3.3V 之间的小型肖特基二极管可确保在启动期间 3.3V 在 1.8V 的 0.5V 范围内。大约 38 mA 的浪涌电流为 I INRUSH =C LOAD (dV/dt)，其中 C LOAD 是总负载电容，dV=1.8V，dt=t RISE。该双稳压器的总工作静态电流仅为 56μA，电路的坏情况下的规格为图 1 为 64μA。该图在挂起模式期间为负载留下 194 μA 可用电流。图 1 的应用要求每个输出的稳压器电流小于 150 mA。您可以轻松修改电路，通过用 2N4401 代替 2N-3904 并使用 2N3906 添加有源电流限制来为每个通道提供超过 200 mA 的电流（图 2） 。

图 2 这种配置将图 1 电路的输出电流提高到 200 mA 以上。

许多 USB 供电的电源也需要 5V 输出。图 3 的电路 提供的 5V 浪涌限制和一个信号以启用其他电源或负载。电路中虚线部分将启动时的浪涌电流限制在 100 mA 以下。51.1Ω 电阻将 5V 负载电容充电至大约 4.5V，然后 2N3906 释放 PFET 的栅极，使其短路电阻。，2N3904 关闭，使线性稳压器启动。该浪涌电路地限制了与容性负载无关的峰值浪涌电流。使用大负载电容可防止负载电流尖峰到达 USB 输入线。

图 3 对于需要 5V 的 USB 应用，此电路提供的浪涌限制。