Схема также может обеспечивать изолированное питание USB-периферийного устройства через обратноходовой преобразователь. В типичных приложениях в качестве источника питания можно использовать 5-вольтовую шину USB-сервера, что позволяет подавать на периферийное устройство максимальный изолированный ток нагрузки 440 мА.
Рисунок 1. Блок-схема цепи
цифровая изоляция USB
Схема использует цифровой изолятор ADuM3165 для обеспечения гальванической изоляции линий передачи данных USB между сервером и периферийным устройством. ADuM3165 поддерживает USB 2.0 Low Speed (1,5 Мбит/с), Full Speed (12 Мбит/с) и High Speed (480 Мбит/с), поддерживая при этом номинальное напряжение изоляции 3,75 кВ среднеквадратичного значения
Микросхема ADuM3165 способна автоматически согласовывать необходимую скорость передачи данных без вмешательства пользователя или необходимости во внешней схеме. На рисунке 2 показана схема ADuM3165. За исключением сигналов USB-разъема, единственная внешняя схема, необходимая для работы ADuM3165, — это источник опорного тактового сигнала 24 МГц для внутреннего контура отслеживания фазы (ФАПЧ). Это можно реализовать, подключив кварцевый резонатор между выводами XI и XO или подключив источник тактового сигнала 24 МГц от серверного адаптера к выводу XI и оставив вывод XO в свободном состоянии.
Рисунок 2. Функциональная блок-схема ADuM3165.
Питание ADuM3165 осуществляется от +5 В на выводах VBUS1 и VBUS2. VBUS1 напрямую подключен к разъему USB-сервера, а VBUS2 — к изолированному источнику питания 5 В. Внутренние стабилизаторы напряжения с низким падением напряжения (LDO) генерируют необходимые для работы внутренней схемы напряжения +3,3 В VDD1 и VDD2.
Изолированный USB-источник питания
Микромощный неоптический изолированный обратноходовой преобразователь LT8301 обеспечивает изолированное питание шины 5 В на периферийной стороне. В зависимости от входного напряжения это устройство способно выдавать до 6 Вт изолированной выходной мощности, что позволяет ему поддерживать как маломощные, так и высокомощные устройства USB 2.0. На рисунке 3 показана упрощенная схема изолированного обратноходового преобразователя
Рисунок 3. Схема обратноходового преобразователя LT8301
В микросхеме LT8301 используется обратноходовой трансформатор с коэффициентом трансформации 3:1 и первичной индуктивностью 40 мкГн для создания изолированного источника питания. В первичную обмотку встроен стабилитрон для защиты устройства от высоковольтных скачков, создаваемых индуктивностью рассеяния. На вторичной обмотке установлен выпрямитель, рассчитанный на прямой ток 5 А и обратное напряжение 30 В. Для уменьшения пульсаций выходного напряжения используется конденсатор емкостью 150 мкФ. Такое сочетание компонентов позволяет схеме соответствовать стандартному максимальному току нагрузки 100 мА, потребляемому маломощными устройствами USB 2.0, использующими питание от шины 5 В на стороне сервера.
Кроме того, эта схема способна поддерживать максимальный зарядный ток 500 мА, потребляемый мощными устройствами USB 2.0 при подключении к внешнему источнику питания напряжением не менее 8 В. Более высокие зарядные токи могут быть достигнуты при более высоком входном напряжении, до 1,3 А при максимальном входном напряжении 32 В.
Выходное напряжение LT8301 устанавливается внешним резистором обратной связи, подключенным между выводами SW и RFB, значение которого рассчитывается по уравнению 1:
где:
RFB — требуемое сопротивление обратной связи в Ом,
NPS — эффективное отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки трансформатора
, VOUT — выходное напряжение,
VF — прямое напряжение выходного диода.
Для требуемого выходного напряжения 5 В, коэффициента трансформации 3:1 и прямого напряжения на выходном диоде 0,3 В, уравнение 1 дает значение сопротивления обратной связи 159 кОм; рассматривается ближайшее стандартное значение с точностью до 1%, равное 158 кОм. Однако на практике используемая в LT8301 схема с одним выбором может вносить ошибки в выходное напряжение. Уравнение 2 можно использовать для регулировки резистора обратной связи на основе фактического выходного напряжения
где:
RFB(FINAL) — скорректированное сопротивление обратной связи в Ом,
VOUT(MEAS) — фактическое выходное напряжение, измеренное в В.
При целевом напряжении VOUT 5,0 В, измеренном значении VOUT 5,26 В и начальном сопротивлении RFB 158 кОм, уравнение 2 дает значение сопротивления приблизительно 150 кОм
Ссылки:
«CN-0550 Схема подключения: низкоскоростной/полноскоростной/высокоскоростной изолятор USB 2.0 с изолированным питанием», Analog Devices, Inc., июнь 2023 г.
Перевод и адаптация: Диего де Аскуэнага, инженер-электронщик
