双通道1.4MHz同步降压稳压器支持USB应用

安全的 USB "dying gasp"关断需要本地储能电容器为器件供电并延长操作时间以实现有序关断。用于 5V USB "dying gasp"应用的电路提供 2.88ms 的电源故障输出警告时间。具有带PFO的MAX1970/MAX1972降压型稳压器。

许多便携式通用串行总线 （USB） 设备由 USB 端口供电。这些设备中的大多数都需要电源故障警告，以便在 USB 断电时执行有序关机。警告时间被称为“垂死的喘息”，通常以毫秒为单位。

USB 供电设备必须满足某些规格。输入电容必须小于10uF以最小化浪涌电流，随后必须消耗小于100mA，然后才能获得USB控制器的许可，以消耗高达500mA的电流。对于大多数应用，这些要求可以通过使用小于10uF的输入电容来满足浪涌电流，以及与USB控制器接口并打开设备的使能信号，使其能够吸收高达500mA的电流。

对于垂死的喘息应用，必须有一个本地储能电容器为设备供电并延长其运行时间，以便在USB电源丢失时有序关断。检测到 USB 电源的丢失并发出警告信号。为了满足垂死的喘息警告时间，所需的储能电容器值远大于允许的10uF。图1中的电路就是为了解决这个问题而设计的。

图1.5V USB垂死喘息应用的典型应用电路。

尽管C1可以是数千uF，但其充电电流被R1限制为33mA。唯一的浪涌电流是通过Q2的体二极管获得C1的充电电流。但是，C2 只有 1uF，比 USB 规范允许的要小得多。

正常工作时，MAX1970的输入电流流经Q1，C1充电至~5V USB in。当 5V USB 电源发生故障或关闭时，存储在 C1 中的能量通过 D2 提供电源。当C1放电至MAX1970输入电源故障（PFO）门限3.94V时，PFO变为高电平关断Q1，并在两路输出仍处于稳压状态时发出输入功率警告。C1继续放电，较高的输出电压（3.3V）下降。电源故障警告时间从PFO变为高电平到3.3V输出跌出稳压时测量。图2显示了图2电路的典型PFO警告时间为88.1mS，当3.3V和1.5V负载在500mA和300mA时。

图2.输入电源故障 （PFO） 警告时间。

图2中的顶部迹线是MAX1970 IN引脚上的电压。当 5V USB 输入关闭且存储电容器 C1 开始向 DC/DC 转换器供电时，由于正向电压 D1，IN 引脚上的电压下降。当 C1 继续放电至 PFO 阈值时，PFO 变为高电平并关闭 Q1。C1进一步放电，直到3.3V输出开始下降，此时IN约为3.5V。

PFO 警告时间取决于 C1 的值、输出电压和负载电流以及 DC/DC 转换器效率。在警告时间内必须由C1提供所需的输入功率为：

Pin = (1/n) × ((Vout1 × Iout1) + (Vout2 × Iout2))

其中n是转换器效率。

由于稳压DC/DC转换器是恒定功率负载，因此随着电压IN引脚的降低，电流增加以保持恒定功率。当PFO变为高电平时，该电压为~3.94V，并在~3.5V时开始衰减至压差。C1提供的平均电流可以计算为：

Ic avg = 1/2 × Pin × (1/3.94 + 1/3.5)

C1放电0.44V（3.94V–3.5V）差分电压所需的时间是PFO警告时间。这个时间可以计算为：

Twarn = (0.44V × C1)/ Ic avg.

为了确保最坏情况下的元件容差，例如电容C1、DC/DC转换器效率、PFO阈值和温度，建议将电容器C1的尺寸调整为所需最小警告时间计算值的两倍。

对于图1中的电路，当3.3V和1.5V分别负载在500mA和300mA时，通过公式（1）计算的输入功率在n = 2%时为33.90W。根据公式（1）计算，C2提供的平均电流为628mA。最后，由公式（3）计算的警告时间为3.28mS，这与图2的示波器图一致，在C20的1%容差范围内。