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微型USB辅助电源的设计

Lamborghini
工程师
2011-01-21 10:57:27     打赏
你是否有USB(通用串行总线)供电的新的周边设备(如扫描仪等)。且它们需要用比PC或USB集线器可能输出的更多电力?这里介绍一个小工具，可以解决你的问题。它可以馈送额外的电力到USB传输线。并由电脑自动控制――让新的周边设备由电脑打开或关闭直流供电。 PC机或自供电的USB集线器的每个USB插座，可以提供电压为5V、最大500mA的直流电。USB电源可用于直接驱动多种USB周边设备(这是USB的优点之一。许多较新的外围设备都设计为这种供电方式)。一些低成本的USB集线器设计为从PC．即通过其“上游”USB连接线获取其所需的电能(在多数情况下．集线器内部电路只需要几十毫安的工作电流)。 然而，当试图通过这样一个集线器连接更多的总线供电的USB外设到您的PC时．事情将变得更复杂：因为集线器向每个“下游”输出接口只能供应最多100mA的电流(这是因为他们的所有电能最终都来自PC本身)。如果你有一个正在工作的、已经连接了3个USB接口供电的外设，然后又买一个由USB供电的扫描仪或标签打印机，其需要吸取比1OOmA更多的电流，这就是一个问题了。幸运的是，这里介绍的USB辅助电源(它设计为串联在与新外设连接的USB传输线上．同时它也连到一个9V的AC或DC供电电源上)，可以很容易解决：当USB辅助电源侦测到来自PC或集线器的5V直流电源时，它的开关电源从接口通过一个内建的5V稳压器，为你新的周边设备提供自己的5V电压和高达500mA的电流。USB辅助电源全部元件装在一块很小的印制电路板上，并置于一个合适的小塑料盒中。 一、USB辅助电源工作原理 在电路图(图1)中，电源从插座CON3接入。经过二极管D1～D4(二极管将交流整流或自动校正直流电的极性)。在1000μF电容器C1两端的直流电压为14V(交流输入时)或8V(直流输入时)。 CON1为USB“B型”插座(标准USB口有A型和B型两种。其中每一型均有插头和插座，例如A型插头，B型插座等)，用作辅助电源的输入端口。经标准的USB电缆连接到PC或集线器的USB输出端口。电源辅助器的数据线，从CON1直接连接到CON2的相应端。CON2是一个USB“A型”插座．是辅助电源的输出端口。通过另一个标准的USB连接电缆从这个端口连接到你的新的USB设备。因此，辅助电源在完全透明的条件下沟通USB数据。即USB数据可以在PC与周边设备之间的任何方向上直接通过辅助电源，反之亦然。 当PC的电源关闭时。电流无法从接口流向外设，因为串联在其中的P沟道MOS功率管Q2通常是关闭的。当个人电脑打开时，+5V出现在CON1的第一脚，通过一个22kΩ的基极电阻使晶体管Q1导通，然后使Q2导通(Q2这时呈现一个非常小的电阻，约0.1Ω)。流入的直流电通过1000uF的电容器到REG1(7805)的+5V三端稳压器。它提供+5V电压至CON2的第一脚和你的周边设备。LED1用来显示电源开关状态(LED1通过8200Ω串联电阻从REG1的输入端接入)；因此当Q2打开辅助电源时它才发光。10μF和100nF电容器确保三端稳压块REG1稳定运行。而二极管D5是为了当电源关闭时，防止反向电压对REG1的损害。虽然REG1有少量的发热．但它能满足任何最大不超过500mA的USB周边设备的供电。 二、USB辅助电源机械结构 所有USB辅助电源的元件，全部安装在一块小型印制电路板上，其尺寸为76mmx46mm，见图2。图3为PCB铜箔面，已在每个角落合适的位置开孔，使它适合放入现成的小塑料盒(83mmx54mm~31mm)内。盒子内有4个较矮的9mm长的自攻螺钉座，使用四个M3x6mm的自攻螺丝固定印制电路板，另外有四个较高的自攻螺钉座，另用四个M3x6mm沉头自攻螺丝固定盒盖。 在盒子狭窄两端的方向开出矩形孔，以适合两个USB连接器(CON1和CON2)。在CON2矩形孔边上用直径3mm的钻头钻出圆孔，让电源指示发光二极管LED1伸出。同样，用直径9mm的钻头在其中一个较长边上钻出孔，位置适合电源输入连接器CON3。各开孔位置见图4。接下来，安装三个连接器。两个USB连接器的引脚布局是不同的，所以一定要确保正确安装。 最后安装TO-92晶体管Q1、LED1和两个TO-220器件Q2及REG1 (请确认没有搞错．否则可能导致一方或双方受到损害)。这两款器件都采用卧装，用M3x6mm的机螺丝和螺母固定在印制板上，也有少量的散热作用。为了确保LED1与连接器CON2的位置和极性正确，距离印制板的尺寸要由具体的盒子结构而定。 三、USB辅助电源装配调整 本USB辅助电源没有需要调整的部件，安装完成后只要简单地测试一下。要做的是连接一个输出直流9 V或AC插头到CON3．并连接CON1到你的PC或USB集线器输出USB连接端口，确认指示LED1不亮。如果LED1随着开启和关闭个人电脑点亮或熄灭，就证实了USB辅助电源的工作是正常的。这时可用螺钉装上盒盖，还可以贴上合适的标签。
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