Solusi Desain:Menggunakan Sedikit Ruang untuk Menambahkan Lebih Banyak Port USB ke Kendaraan

Artikel ini membahas solusi untuk menambahkan port pengisian USB tambahan ke kendaraan menggunakan satu chip yang berisi semua bagian yang diperlukan dan mengirimkan 5V ke perangkat.

Artikel ini membahas solusi untuk menambahkan port pengisian USB tambahan ke kendaraan menggunakan satu chip yang berisi semua bagian yang diperlukan dan mengirimkan 5V ke perangkat.

Interior mobil modern diisi dengan beberapa port USB—ditempatkan di unit kepala, kompartemen sarung tangan, sandaran tangan, dan kursi belakang—untuk mengisi daya elektronik portabel (Gambar 1). Port ini terhubung ke pengisi daya/adaptor host USB di head unit radio melalui kabel captive.

Gambar 1. Konsol mobil modern dengan colokan USB untuk penumpang.

Tergantung pada lokasinya, panjang kabel bisa mencapai beberapa kaki, menciptakan penurunan tegangan ohmik dan masalah radiasi EMI di dalam mobil. Jumlah port USB yang tinggi menciptakan beban yang berat untuk pengisi daya USB, yang dapat menghasilkan panas berlebih di head unit radio, yang memengaruhi keandalan sistem. Artikel ini membahas kekurangan dari solusi host USB otomotif yang ada dan menyajikan solusi baru yang sangat terintegrasi yang dengan mudah mendukung jumlah port USB yang terus bertambah sementara membutuhkan ruang minimal dan secara signifikan mengurangi panas yang dihasilkan.

Solusi yang Ada

Adaptor USB mobil biasa mengirimkan sumber daya 5V ke perangkat portabel (PD) setelah jabat tangan yang berhasil dibuat antara perangkat portabel dan pengisi daya/adaptor. Beberapa solusi pengisi daya/adaptor memerlukan banyak chip yang menghabiskan ruang berharga dan memerlukan kompensasi kabel yang sulit diterapkan. Solusi lain menerapkan sumber tegangan 5V dengan regulator switching nonsinkron, yang menghasilkan disipasi daya yang berlebihan. Solusi lossy yang tidak efisien ruang mahal dan pada akhirnya kurang dapat diandalkan. Solusi seperti itu tidak akan mendukung arsitektur generasi berikutnya yang diperlukan untuk tren yang berkembang dalam mengemas lebih banyak port USB di dalam mobil.

Jumlah ruang yang tersedia untuk elektronik otomotif terus menyusut. Banyak solusi juga tidak menyertakan modulasi frekuensi spektrum tersebar, yang meminimalkan emisi radiasi EMI dari frekuensi modulasi regulator switching.

Solusi Ideal

Solusi adaptor/pengisi daya yang ideal akan menggabungkan semua fitur yang diperlukan ke dalam satu chip untuk memberikan kemudahan desain dan penghematan ruang. Solusi yang ditunjukkan pada Gambar 2 (USB ADAPTER IC) menggabungkan konverter buck rektifikasi sinkron (SR BUCK) untuk efisiensi optimal dan penguat penginderaan untuk mengukur arus beban. Loop umpan balik menaikkan VSENSP keluaran sebanding dengan arus beban dan resistansi kabel, dengan tepat membatalkan penurunan tegangan kabel USB dan mengirimkan 5V ke perangkat yang tidak bergantung pada arus beban. Kemampuan arus tinggi adalah suatu keharusan untuk mendukung peningkatan jumlah port USB di mobil modern.

Pada Gambar 2, jalur data (HVD-, HVD+, D-, D+) mengimplementasikan komunikasi antara perangkat host dan klien untuk handshake awal sebelum mengisi daya.

Gambar 2. Skema adaptor USB 5V mobil

Fitur-fitur ini dapat ditemukan di konverter step-down arus tinggi otomotif MAX20037/MAX20038 dengan perlindungan USB dan emulasi pengisi daya/adaptor host. IC menggabungkan konverter step-down kelas otomotif 3,5A, emulator pengisi daya/adaptor host USB, dan sakelar perlindungan USB untuk aplikasi host USB otomotif. Kemampuan arus tinggi memfasilitasi banyak port USB.

Ukuran Kecil

Pengoperasian pada 2.2MHz memungkinkan pengurangan riak keluaran dan komponen eksternal yang lebih kecil, yang dikombinasikan dengan paket IC TQFN 28-pin kecil (5mm x 5mm), menghasilkan penggunaan ruang PCB minimum.

Efisiensi Tinggi

Arsitektur switching step-down yang paling umum adalah konverter buck nonsinkron. Dalam arsitektur ini, penyearah sisi rendah adalah dioda Schottky di luar IC. Di sisi lain, dengan memanfaatkan arsitektur sinkron, dioda diganti dengan MOSFET sisi rendah yang terintegrasi, resistansi rendah, yang bertindak sebagai penyearah sinkron. Kami menukar penurunan tegangan tinggi melintasi dioda dengan penurunan kecil melintasi RDS (ON) transistor MOSFET. Penyearahan sinkron memberikan efisiensi yang jauh lebih tinggi daripada konverter nonsinkron yang digunakan oleh solusi tipikal. Berkat perbaikan sinkron, perangkat mencapai efisiensi puncak jauh di atas 90% (Gambar 3).

Gambar 3. Efisiensi MAX20037/MAX20038

Kompensasi Kabel

Rangkaian perangkat mencakup penguat arus beban USB dan sirkuit penyesuaian umpan balik yang dapat dikonfigurasi, yang dirancang untuk memberikan kompensasi tegangan USB otomatis untuk penurunan tegangan pada kabel captive. Kompensasi kabel dan diagnostik dapat dengan mudah diimplementasikan melalui I ² C bis. Resistor pemrograman eksternal digunakan sebagai alternatif untuk I ² C bus.

Kebisingan Rendah

IC beroperasi pada frekuensi konstan dalam mode PWM paksa (FPWM). Modulasi frekuensi spektrum menyebar opsional dirancang untuk meminimalkan emisi radiasi EMI karena frekuensi modulasi. Pada Gambar 3, frekuensi perangkat diatur pada 2.2MHz, di atas pita AM, untuk mengurangi interferensi frekuensi radio.

Memuat Kepatuhan

IC kompatibel dengan muatan yang sesuai dengan USB dan yang tidak sesuai. Perangkat USB yang sesuai tidak boleh tenggelam lebih dari 30mA dan tidak boleh memiliki kapasitansi lebih dari 10μF saat pertama kali dipasang ke port. Perangkat kemudian memulai koneksi D+/D- dan proses enumerasi. Setelah proses “sambungkan” selesai, perangkat dapat menarik arus (100mA untuk USB2.0, 150mA untuk USB3.0) dan tidak boleh menampilkan kapasitansi> 10μF.

Perlindungan ESD

Perangkat ini memiliki sakelar data bandwidth tinggi tegangan rendah (MAX20037) dan sakelar data ESD tegangan tinggi (MAX20038). MAX20037 menawarkan perlindungan sakelar data hingga 6V dan perlindungan ESD tinggi dengan susunan ESD eksternal. MAX20038 menawarkan perlindungan sakelar data hingga 18V dan perlindungan ESD tinggi dengan sirkuit perlindungan ESD internal.

Kesimpulan

Interior mobil modern diisi dengan beberapa port USB untuk pengisian daya elektronik portabel, menciptakan tantangan ruang dan pembangkit panas untuk pengisi daya/adaptor. Kabel yang menghubungkan port ini ke host USB di unit kepala radio menciptakan penurunan tegangan Ohmic dan tantangan radiasi EMI. Artikel ini membahas kekurangan dari solusi yang ada dan menyajikan konverter step-down otomotif MAX20037/MAX20038 yang sangat terintegrasi yang mendukung sejumlah besar port dengan kemampuan arus tinggi dan penggunaan ruang yang minimal, kebisingan, dan pembangkitan panas. Mereka dengan mudah mengkompensasi kerugian Ohmic kabel melalui I ² C bus atau melalui resistor pemrograman eksternal.

Pelajari Lebih Lanjut

MAX20037/MAX20038 Konverter Step-Down Arus Tinggi Otomotif dengan Perlindungan USB/Emulasi Adaptor Pengisi Daya Host

Artikel Industri adalah bentuk konten yang memungkinkan mitra industri untuk berbagi berita, pesan, dan teknologi yang bermanfaat dengan pembaca All About Circuits dengan cara yang tidak sesuai dengan konten editorial. Semua Artikel Industri tunduk pada pedoman editorial yang ketat dengan tujuan menawarkan kepada pembaca berita, keahlian teknis, atau cerita yang bermanfaat. Sudut pandang dan pendapat yang diungkapkan dalam Artikel Industri adalah milik mitra dan belum tentu milik All About Circuits atau penulisnya.