[发明专利]USB线供电电源系统及USB线供电方法

说明书

技术领域

本发明涉及电源系统领域，尤其是涉及一种降低USB线供电芯片发热量的电源系统以及降低USB线供电芯片发热量的方法。

背景技术

随着集成电路技术的发展，芯片规模的扩大、速度的提升以及功能复杂性的提高等都对芯片自身的功耗要求越来越高。加之封装后的芯片具有热阻，即芯片消耗的功率加大，进一步增加了芯片的耗散功率。如果封装片内部环境到封装片外部环境的热势差越大，并且在环境温度相同的条件下，说明芯片本身的温度也就越高。由于芯片的最高工作温度是固定的，所以降低功耗就需要降低芯片内部的耗散功率。所以在芯片电源系统设计中，需要考虑尽可能减小芯片内部耗散功耗的最大值。

参见图1，图1为普通USB线供电方案的电路结构原理图，在设有USB芯片的PCB板上，USB接口10与芯片13电连接，芯片13与外设14电连接，PCB板上的USB接口10通过USB线12与其相配对的外部的USB接口与外部电源电连接，在USB电源系统中，一般芯片IO口（输入输出端口）和外设14的工作电压为3.3伏，芯片13自身逻辑工作电压为1.2伏或1.8伏。

传统的降低芯片功耗的解决方案主要有以下有三种：

假设芯片IO口和外设最大工作电流为I33，逻辑最大工作电流为I12，则芯片的总最大工作电流为I33和I12之和。USB线供电输入电压最大值为5.25伏，芯片IO口和外设的工作电压为3.3伏，逻辑工作电压为1.2伏。

参见图2，图2为现有的一种通过内部LDO（低压差线性稳压器）供电方案的电路结构原理图，其中USB接口20与芯片23上的两个并联连接的片内低压差线性稳压器的公共输入端电连接，其中第一片内低压差线性稳压器25的输出端与外设24电连接，第二片内低压差线性稳压器26的输出端接电容后接地。在此方案中，芯片23耗散功率与电流功耗的关系为P=5.25V×(I33+I12)。

参见图3，图3为现有的DC-DC BUCK降压变换电路供电方案的电路结构原理图，其中USB接口30与芯片33上的两个并联连接的降压变换电路的公共输入端电连接，第一降压变换电路39通过电感L1与外设34电连接，在此方案中，芯片33耗散功率和电流功耗关系为P=K×(3.3V×I33+1.2V×I12)，其中K为内部DC-DC Buck降压变换电路的效率。利用高压到低压的额外电流转换效率，有效降低输入电流功耗，从而降低芯片自身功率耗散，但是电磁兼容性及内部电路设计难度大且成本高。

参见图4，图4为现有的外部LDO供电方案的电路结构原理图，其中USB接口40与芯片43外的两个并联连接的片外低压差线性稳压器的公共输入端电连接，第一片外低压差线性稳压器47的输出端分别与芯片43以及外设44电连接，第二片外低压差线性稳压器48的输出端与芯片43电连接。在此方案中，芯片43耗散功率和电流功耗关系为P=3.3V×I33+1.2V×I12。该方法采用在芯片43外置低压差线性稳压器，利用外部的低压差线性稳压器承担5伏到3.3伏和5伏到1.2伏的功耗及发热，从而降低芯片自身功率耗散，但是使用外部的低压差线性稳压器供电需要额外的外部低压差线性稳压器，导致电路成本高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种生产成本低且工作稳定的USB线供电电源系统。

本发明的另一目的是提供一种工作稳定性高的USB线供电电源系统的供电方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的电源系统包括USB接口、片外电阻阵列以及芯片，其中芯片包括片内选通开关阵列、片内电压检测器以及第一片内低压差线性稳压器、第二片内低压差线性稳压器，USB接口通过片外电阻阵列连接至片内选通开关阵列，片内选通开关阵列包括至少一个开关，开关连接至片内电压检测器的输入端，片内电压检测器的输出端连接至片内选通开关阵列的逻辑电路，片内选通开关阵列中的开关连接至第一片内低压差线性稳压器的输入端，第一片内低压差线性稳压器的输出端与第二片内低压差线性稳压器的输入端之间连接有一个位于芯片外的电阻。