设计具有竞争力的 USB OTG 电源

通用串行总线USB已经存在很长时间了；一开始，USB 有独占的主从主机。一次数据传输主要来自PC，二次传输是到手机、鼠标或键盘。然而，随着消费电子产品的发展，从智能手机到 USB 驱动器、从平板电脑到智能手机以及从相机到打印机的数据传输需求增加。

USB On-the-Go (OTG) 是一种规范，使设备能够充当主要或次要主机。USB OTG 广泛应用于个人电脑、智能手机、EPOS（电子销售点）和移动电源。主要和次要主机的角色可以根据协议而改变。例如，数据可以从智能手机或相机存储在 USB 驱动器中，智能手机还可以在连接到 PC 作为主要主机时充当辅助主机。数码相机照片可以直接上传到打印机，不再需要通过PC传输。“辅助”和“辅助”主机之间的数据传输。它在我们的日常生活中真的很神奇和有用。图1显示了市场上的USB OTG磁盘和一些USB OTG电缆。

图 1：USB OTG 驱动器（左）和 USB 电缆（右）

OTG功能在便携式设备中非常流行，其中大部分由锂离子（Li-ion）电池（2.7V至4V）供电。USB OTG 电源（通常为 5V）需要升压转换器。

随着数据速度的提高，USB 实施者论坛多次更新了电源规范，并于 2016 年发布了最新的 USB OTG 设备 USB 供电 (PD) 规范。在该 USB PD 规范中，5V 时的最大电流为 3A。

TI 的最高效率升压转换器TPS61230A 可以涵盖符合此规范的大多数应用。

TPS61230A 器件是一款高效全集成同步升压转换器。该器件集成了 6A、21mΩ 和 18mΩ 电源开关。当以 2.5V 输入电源供电时，该开关能够在 5V 输出下提供高达 2.4A 的输出电流。凭借低 RDS_ON 开关，该器件的功率转换效率高达 96%，最大限度降低了紧凑型封装中的热应力。

典型运行频率为 1.15MHZ，因此可使用小型电感和电容实现小型封装尺寸。TPS61230A 通过一个外部电阻分压器提供可调节输出电压。

在轻载条件下，TPS61230A 自动进入 PFM 操作模式，从而在最低静态电流下实现效率最大化。在关断期间，通过将 EN 引脚拉至逻辑低电平，负载可与输入完全断开，输入流耗同时降至 1.0µA 以下。

该器件在输出短路时进入断续保护模式并在短路结束后自动恢复正常。集成了其他 特性， 如输出过压保护和热关断保护。

该器件采用 2.00mm x 2.00mm x 0.9mm VQFN 封装，所需外部组件最少

· 输入电压范围：2.5V 至 4.5V

· 输出电压范围：2.5V 至 5.5V

· 两个 21mΩ (LS)/18mΩ (HS) 金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)

· 20µA 静态电流

· 6A 谷值开关电流限值

· 1.15MHz 准恒定开关频率

· 轻负载条件下以脉频调制 (PFM) 模式运行

· 1.05ms 软启动时间

· 真正实现负载断开连接

对于大多数便携式设备，由于智能手机内部空间有限，封装尺寸和热性能至关重要。所述TPS61230A 实现尺寸和性能（效率，热的）之间的良好平衡，并且满足从锂离子电池USB PD的最大5V / 2.4A功率需求，如图2中所示。

图 2：USB OTG Vbus 电源框图

的TPS61230A 基于与一个4.8A最小开关电流极限的谷电流限制模式控制方案。该器件集成了两个低 R DS(on) FET（18mΩ/高速，21mΩ/低速），从而实现更高的效率和良好的热性能。如图3所示，在室温条件下，VIN=3.6V、VOUT=5.0V、IOUT=2.0A只会实现25°C的温升。

图 3：热性能和 EVM

TPS61230A 频率可高达 1.15MHz，以实现小型电感器和电容器。TPS61230A 结构紧凑；QFN（四方扁平无引线）2mm x 2mm 封装只有七个引脚输出。封装下方的增强型电源总线有利于散热（在电源总线下方带有过孔的热阻为 56°C/W）。所述TPS61230A 是很容易的电力系统进行设计，而7个引脚出化妆印刷电路板（PCB）布局很容易的。

图 4 显示了不同输入电压下的效率曲线。所述TPS61230A 具有在V 3A的优异的输出容量OUT = 5V和V IN = 3.6V; 效率可高达94%。

图 4：测试条件：V OUT = 5V，L = 1µH (XFL4020-102MEB)

总而言之，由于高侧和低侧 MOSFET 的导通电阻都很低，TPS61230A 可以使我们的设计更紧凑、更凉爽但功能更强大。