用于車載USB供電的非同步BUCK控制器[1]

一 前言

在目前的車載娛樂系統中，USB接口已經成為系統的標配。隨著大電池容量的便攜設備的流行，做為車載充電接口的USB電源，需要提高更大的電流以滿足設備的需要。目前主流方案中，單個USB口的負載能力需要達到2.5A。

車載USB系統的架構為：從汽車蓄電池取電，經過降壓電路后得到5V的穩定電源，提供給USB的VBUS。汽車蓄電池的電壓并不是一個穩定的電壓，其變化范圍是非常大的，以小型乘用車為例，其蓄電池電壓典型值為13V，電壓范圍為9~16V，在啟停等惡劣情況下，會低至6V，甚至更低。不少整車廠對USB電源有著非常嚴苛的要求，6V電池電壓下要保證5V輸出，考慮到輸入端的反極性保護及線損，USB電源的輸入端電壓會更低。這對車載USB電源的設計是個挑戰。

Buck電路是最常用的降壓開關電源。圖1所示為非同步的Buck電路。

其工作原理為，當上管S1開通時，電源VIN向負載供電，電感L1儲能，電感上的電壓為VIN-VO。當上管S1關閉后，電感L1向負載提供能量，電感上的電壓為-VO。圖二所示為電流連續模式下的BUCK電路的工作原理及波形。根據電感伏秒平衡可以得到

最后可以解出

圖2.電流連續模式下的非同步buck的工作原理

常用的BUCK電路，出于成本考慮，會選用N溝道MOSFET。但是在車載USB電源的應用中，成本較高的P溝道MOSFET卻更有優勢。

根據公式2，如果需要實現在VIN=5.7V下，保證VO=5V。那么最大占空比為，