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支持车载USB供电
今天的消费者随时都会携带便携式设备(PD)，如智能手机、平板电脑以及媒体播放器。但将这些PD带入车内时，它们可能无法快速充电，甚至根本不能充电，尤其是电池几乎耗尽时。有时甚至没有足够的USB端口供给所有乘客，导致USB口紧缺。由于当前所有的汽车信息娱乐系统都提供USB端口连接，汽车OEM厂商亟待解决这一问题。
即使是最低成本的汽车，乘客也希望得到全功能、快速充电的USB端口，并且有更多端口可用。由于低成本USB车载充电器会在车中产生射频(RF)干扰，不能解决上述问题。汽车OEM厂商非常清楚这些PD充电以及产生的RF干扰问题，他们正竭力寻求最可靠、最低成本的途径，以便更新每辆汽车的现有USB口，同时增加更多的USB充电端口。
传统USB方案需要4、5个分立元件解决问题。本文讨论一种带有智能USB开关的新型DC/DC转换器，其通过高度集成提供汽车相关的USB电源、USB充电枚举、端口保护，并解决PD充电电流越来越大带来的新问题，使得USB成为汽车厂商和消费者的实用工具。
车载USB设计所面临的挑战
我们面对的主要挑战是电流要求。随着设备电池容量的增大，PD的USB充电电流也在不断地增长。车载USB端口曾经将电流限制在500mA，但新的PD要求高达1A、1.5A，甚至2.1A@5.0V的电流，以便快速充电。
首先，我们讨论一下距离问题。由于美国国家公路交通安全管理局
(NHTSA)反对在收音机前面板安装USB端口，所以汽车的主USB端口通常位于扶手箱处，或者收音机/中控台下方，或座椅间的扶手储物箱内。这种位置的USB口距离收音机30cm,3m，采用永久连接、固定USB电缆。PD连接至远端USB端口后，即吸收电流并尝试充电。通过USBVBUS(+5V)电源线和USB接地线电阻的电流在固定电缆上产生的压降为(I×R)。当PD处的电压低于USB规范时，将造成充电电流减小，充电时间变长，如图1所示。例如，如果电缆电阻为500mΩ，PD充电电流为1.5A，产生的压降则为750mV，使得PD处的电压降至4.25V。
其次是RF问题。为拥有更多USB充电端口，消费者将点烟器USB车载充电器插入车内。OEM不能控制这些简陋充电器中的DC/DC转换器的质量、工作频率或拓扑。毫无疑问，这些USB车载充电器内劣质的DC/DC转换器会干扰AM收音机，在FM收音机产生静电，甚至干扰智能手机的触摸屏，降低嵌入式车载RF电路的灵敏度，如GPS和无源门禁系统。所有这些问题会影响用户体验及OEM品牌。
用对USB设计挑战
以上讨论的USB固定电缆会影响主USB至收音机的OEM架构和方案成本。为实现快速充电，有三种常规的方案。
1USB电缆的VBUS和GND电源通路采用较高规格的电缆/连接器。
2在用户接入点增加一个附加的自供电USB集线器。
3设计一种基于“智能”芯片的方案，通过增大收音机处的USB电压，修正USB电缆的压降，使电缆末端保持5V。
方法3是一种成本最低的系统方案，但必须设计正确，以提供最佳性
能。目前，典型方案是一组三芯片架构。
我们提供的第四种新一代方案可以解决车载USB的上述问题，并且成本、尺寸和重量均低于其他现有方案。新设计使用MAX16984降压型DC/DC转换器，该器件集成USB保护/主机充电适配器仿真器。我们将进一步讨论这一新方案。
解决RF干扰和电缆压降问题
为防止消费类USB车载充电器引起的RF干扰，这些车载USB端口使用的DC/DC转换器必须具备关键的性能。对于启动机，需要固定频率、脉宽调制(PWM)拓扑，提供可预测的开关谐波和EMI特征。为避开AM波段，设计者可采用550kHz以下或2MHz以上的开关频率，以防干扰调谐器。如果在AM波段以下，DC/DC转换器必须具有外部数字SYNC输入，允许微处理器设定转换器的开关频率，避开AM调谐器频率;如果在AM波段以上，则不存在AM干扰，为首选方法。然而，2MHz以上时，DC/DC转换器的开关损耗较高、开关时间较快，带宽较宽。
为获得最优的FM接收性能，必须避开10.7MHzIF频率，消除FM波段本身的谐波。开关频率高于AM波段时，由于谐波间隔较大，比较容易避开10.7MHz。2.2MHz为首选工作频率，因为四次谐波为11MHz，距离10.7MHzIF频率300kHz。为避开FM频率，DC/DC转换器需要内部扩频振荡器;这会加抖2.2MHz开关频率，所以FM波段内的谐波不干扰主FM载波信号(如图2所示)。
DC/DC转换器在空载(流向PD的直流USB电流为零)时维持固定频率至关重要，消除SKIP(突发)工作模式引起的低频谐波，防止干扰智能手
机的触摸屏或100kHz无源门禁系统。为了在空载电流下维持固定频率，DC/DC转换器必须具有内部低边同步FET和控制环路拓扑，以便在无直流USB电流时，使电流流入、流出转换器输出端的电容(如图3所示)。
可靠的汽车方案
随着USB在所有汽车上的普及，汽车OEM需要全功能、低成本、快速充电的USB端口支持不同消费者的PD。汽车必须具有多个专用的USB充电端口(仅充电)。无论是高档，还是最低成本的汽车，实现USB功能需要小尺寸、高可靠性和集成方案。
可靠的汽车方案要求额外的ESD保护，以保证USB数据线满足OEM的?25kV扩展级要求;智能USBIFBC1.2数据枚举器支持PD快速充电;USB数据开关保护器隔离接收器USB数据器，防止短路至+5VVBUS线，或短路至GROUND;较宽的工作电压(4.5,42V)、固定频率(空载至满载)、吸入/源出+5VDC/DC转换器，避免产生汽车RF干扰;高精度、固定电缆电压调节电路，通过升高DC/DC转换器的输出电压保证USB电缆末端的电压为+5V;高精度直流限流，防止+5VVBUS短路至地。当然，方案必须使用完全兼容AECQ-100的器件。
转换器集成了全部这些功能，该DC/DC转换器将检测、供电及保护主USB电源端口，有利于附加的微型USB充电端口，适用于所有汽车，尺寸小到令人难以想象(见图8)。
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