關鍵詞：usb；外設；電源

　　同pc機原先的串口、并口相比，usb口除能大幅提高數據傳輸速率之外，還具有為外部設備供電的能力。usb外設電源的合理設計，也就成為可以探討的實際問題。

　　有關技術規范

　　根據目前通行的usb1.1規范，usb口可以5v±5%的電壓為外部設備供電，但其輸出功率不能超過2.25w，所以功耗較大的外設仍須自行配備電源而不在本文討論范圍之內。另外，usb規范對外設電源電路的某些相關參數亦有具體規定，例如，為了防止外設接入usb口時的浪涌電流造成主機電源的“毛刺”，外設在接通瞬間從主機抽取的電量不得超過50mc，其電源輸入端的旁路電容器容量應在10mf以下。又如，外設電源剛接通時，主機將外設一律作為低功耗裝置看待，此時usb口的輸出電流上限僅為100ma；須待外設向主機發出請求并經主機確認外設為高功耗裝置之后，輸出電流上限才會提升至其最大值500ma。再如，usb規范允許外設處于“待機”狀態并支持“遠程喚醒”功能，不過此時外設的靜態電流必須小于0.5ma(低功耗裝置)或2.5ma(高功耗裝置)。

　　所以，usb外設電源的設計要點，就是在符合usb規范的前提下，根據不同外部設備的要求，權衡各類電路結構的利弊，在性能、成本、體積等諸要素之間，確定一個恰當的平衡點。

圖1 5v~5v sepic電源

　　電源結構性能

　　usb外設電源的輸入電壓既已確定，其輸出電壓的高低便成為選擇電路結構形式的決定性因素。目前最常用的標準電源電壓，有3.3v、5v和12v等幾種。

　　許多usb數字設備采用3.3v電源，倘若電源變換效率以95％計，則其最大可用電流約為0.65a。此時只要功率裕量足夠，可以首選線性穩壓器件，因其成本最低，所需外圍元件也少，只是電源效率較低，不可能超過67％。若對效率有所講求，不妨考慮“電荷泵”器件，因其雖在成本與體積方面稍遜于前者，但在變換效率方面占有明顯優勢。不過此類器件的負載能力通常較弱，只能滿足上述低功耗裝置的要求。若是需要獲取盡可能多的有用功率，那就只能采用效率更高的降壓型開關穩壓電路，但是成本與體積亦將隨之增加。當然，即使已經決定采用開關電源，其實仍有幾種電路形式可供選擇。

　　一般說來，開關電源集成器件分為兩種類型，即需要外接功率開關(多為功率型mosfet)的“開關電源控制器”以及片內自帶集成功率開關的“單片開關電源”。前者成本稍低，并且易于獲得較低的功率開關導通電阻而有利于提高電源變換效率；后者則以體積小巧見長，并且能對功率開關實現完善的過熱、過流保護。此外，兩類器件又均各有“常規型”(亦稱“異步型”或“非同步型”)與“同步型”之分；后者采用受控mosfet取代前者的續流二極管，雖然成本較高，但因mosfet的導通壓降通常明顯低于二極管的正向壓降，由此至少可將開關電源的變換效率提高幾個百分點，所以兩者各有優劣而同時并存至今。表１列出了上述幾種常用電源電路的結構分類與主要性能。

　　對于一些需要12v電源的usb模擬設備，電路形式的選擇余地不大，以往幾乎全部采用升壓型開關穩壓器，效率常在85％以上；倘若必須解決這類電路無法實現輸出短路保護功能的難題，則可考慮下述之sepic(單端初級電感變換器)電路，但是成本將會因此明顯上升。當然，在這兩類電路中，同樣有著上述之外接或在片功率開關以及異步或同步整流的區別。

　　如果usb外設需要5v電源，事情就稍為有些棘手，因為usb口的外供電壓可能略高于也可能略低于這一數值。為此，以往常用先升壓再降壓或先降壓再升壓的辦法。這在需要多種輸出電壓的場合，倒也不失為一條可行途徑；但若僅需單一的5v輸出，此類電路結構便難免“疊床架屋”之嫌。或許正是這一緣故，上述之sepic盡管電路復雜，成本也高，但因其能集升壓、降壓功能于一身，所以近來已呈應用漸廣之勢。<