设计电池供电工业设备遇到的那些挑战（设计电池供电工业设备遇到的那些挑战和困难）

便携式电子销售点(EPOS) 设备在世界范围内变得越来越流行。与传统桌面设备不同，便携式EPOS设备的电池寿命有限，需要通过USD接口或其他连接设备频繁充电。

随着快速充电技术在便携式电子市场中逐渐普及，便携式EPOS 设备很可能也会采用此功能。随着便携式设备开始使用更大的电池，快速充电需要能够提供更多电量的充电适配器。不同的制造商提出了一些方法，但每种方法都需要电源连接器处有更高的输入电压。更高的输入电压允许更多的功率进入系统，从而实现快速充电，而不会导致电流超过连接器的载流能力限制。默认情况下，适配器电压设置为通常的5V (USB VBUS) 电平，但外部适配器和移动设备之间的D+/D- 数据线上的信号可以允许适配器根据需要输出更高的电压。根据适配器容量，典型值包括5、9、12 或20V 输出级。系统中的充电集成电路（IC）或应用处理器控制该信号传输，以便适配器输出适当的电压电平。

通常，当插入USB 连接器时，您可以使用模拟开关在微控制器[MCU] 和电池充电器之间传输电力，如图1 所示，采用MaxCharge 技术的bq25890 快速充电器。第一次连接时，MCU 控制D+/D-。它将检测该对象是适配器还是USB连接设备。

图1：使用USB 和充电器应用的典型应用图

根据所连接的设备，通过USB 连接器的信号可能会发送到不同的目的地。这就需要USB开关能够正确发送信号。在这种情况下，可以使用与设计的带宽、配置和电压范围相匹配的任何USB 开关。 TI 提供多种USB 开关，具有多种配置、电压范围、导通电阻(RON) 和带宽选择。

应用处理器不能承受高电压。由于快速充电通常在9V 下工作，而MCU 不能承受9V，因此必须始终避免MCU 暴露在该电压下。

USB连接器插座有四个引脚，从右到左分别是VBUS、D-、D+和GND，如图2所示。协议快充状态后，VBUS电压为9V。

图2：USB开关及引脚说明

当VBUS电压达到9V时，如果USB插头未正确插入或以一定角度拔出，则连接器的VBUS引脚和D-引脚之间可能会发生短路。这将导致连接到D-引脚的MCU暴露于VBUS，从而损坏MCU，如图3所示。

图3：TS3USB3000在9V电压条件下不使用时短路的后果。

TS3USB3000 USB 开关可以在9V 电压条件下保护MCU，并同时在MCU 和充电器/通用异步接收器/发送器(UART) 之间进行切换，如图4 所示。一旦充电器连接到USB 端口，MCU 将检测连接的充电器并将输出使能(OE) 引脚拉高至禁用开关的电平。 MCU 将与充电器通信，表明可以通过VBUS 协议采用9V 的更快充电模式，也如图4 所示。TS3USB3000 现在处于低功耗状态，开关被禁用，可以保护MCU 。

图4：TS3USB3000可以在9V电压条件下发生短路时保护MCU。

TS3USB3000 开关有两个用途：在主机和充电器之间切换以及在5V 至9V 范围内保护MCU。对于第一个目的，您可以使用任何USB 开关，具体取决于设计所需的带宽和RON 类型。但对于第二个目的，需要专门的USB 开关（例如TS3USB3000）为MCU 提供短路保护。

对于需要在9V 下运行的设计，TS3USB3000 可以满足这两个目的。该器件可实现主机和MCU 之间的轻松切换，并在插拔USB 连接器时VBUS 和D 引脚之间发生短路时保护MCU。