一種低導通損耗的USB 電源開關的設計方案

　　5 仿真結果與討論

　　圖5 為負載正常情況下負載輸出電壓和功率管電流的仿真波形。電源電壓為5 V, C1、C2 電容值為1 pF, 時鐘周期為40 s, NHV 和MP6 寬長比的比值為300, 功率管的并聯個數為1 103.采用0. 6 m30 V BCD 工藝， 在典型條件下， 用HSPICE 對整體電路仿真。由波形可以看出， 在1 ms 內， 負載輸出電壓逐漸上升， 功率管電流沒有過沖， 啟動時間為1. 7 ms.3 ms 后， 功率管完全開啟， 為負載提供電源。

　　圖5 啟動時功率管電流和負載輸出電壓

　　表1 為限流電路工作時功率管的平均柵電壓和平均電流。圖6 為USB 開關啟動8 ms 后負載短路到恢復正常的仿真結果。U SB 開關在負載正常情況下啟動， 8 ms 后負載短路， 負載電流過沖到3. 1A.當過流保護電路工作后， 過流保護電路將電流限制在0. 3 A, 保護了U SB 端口。16 ms 后， 負載恢復正常， 電源開關重新啟動。

　　表1 限流時功率管平均柵電壓和平均電流

　　圖6 USB 開關在啟動、限流和恢復正常過程中， 電荷泵輸出電壓、負載輸出電壓和功率管電流的仿真波形

　　6 結論

　　本文提出了一種滿足USB 規范的電源開關設計方案。一種結構簡單的自舉電荷泵為N 型功率管提供柵驅動電壓， 以降低開關的導通損耗。精確的限流電路針對過載和短路故障， 對輸入電源提供保護。仿真結果表明， 在負載短路瞬間， 限流電路能夠有效地減小過沖電流， 并能把電流限制在0. 3 A, 達到保護USB 端口的目的，進而證實了該方案的實用性。