Smartphones estão ganhando telas maiores, com maiores resoluções, modems mais rápidos e maior tempo de vida de bateria. Todas estas características drenam a bateria em nossos celulares – e precisamos que eles sejam recarregados rapidamente.
À medida que as baterias de smartphones e outros dispositivos móveis ficam maiores, mais potência do carregador é necessária para permitir uma carga rápida. Há vários métodos propostos por diferentes fabricantes, mas o ponto comum é que uma maior tensão de entrada é necessária no conector de alimentação. Uma maior tensão de entrada permite mais potência para o sistema de carga rápida sem aumentar a corrente acima da capacidade limitada do conector. O padrão de tensão do carregador são os usuais 5V (USB VBUS), mas através de sinalização pelas linhas de comunicação D+/D- entre o carregador e o dispositivo móvel permite negociar maiores níveis de saída do carregador, de acordo com o necessário. Valores típicos incluem 5, 9, 12 ou 20V de nível de saída, dependendo da capacidade do carregador. O CI de carga ou o processador da aplicação no sistema controla esta sinalização de forma que a tensão do carregador vá somente para o nível apropriado.
Normalmente quando se insere um conector USB, é necessário uma chave analógica para transmitir energia entre o processador da aplicação (PA) e um carregador como o bq25890 da Texas Instruments, como mostrado na figura 1. Na primeira conexão, o PA tem controle dos sinais D+/D-. Ele detectará se há uma conexão de um carregador ou de USB.
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| Figura 1: Diagrama de aplicação típica para uma aplicação usando um carregador USB |
A Texas Instruments fornece múltiplos switches USB que cobrem uma ampla faixa em termos de configuração, faixas de tensão, resistência em condução (RON) e banda passante.
Processadores não toleram altas voltagens. Já que a carga rápida geralmente opera em 9V e o PA não tolera 9V, é crucial que o PA nunca seja exposto aos 9V.
A USB tem quatro pinos – VBUS, D-, D+ e GND – mostrado da direita para a esquerda na figura 2. Depois de negociar o estado de carga rápida, VBUS estará agora em 9V.
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| Figura 2: Conectores USB e descrição dos pinos |
Se o conector USB não estiver encaixado corretamente ou se for removido em certo ângulo quando VBUS = 9V, o pino VBUS pode ser curto-circuitado com o pino D- do conector. Isto expõe o PA conectado ao pino D- a VBUS, danificando o PA, como mostrado na figura 3.
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| Figura 3: As consequências de não se usar o TS3USB3000 em 9V quando acontecer um curto |
O switch USB TS3USB3000 protege o PA em 9V enquanto habilita o chaveamento entre o PA e o carregador ou o universal asynchronous receiver/transmitter (UART) como demonstrado na figura 4. Depois de conecar o carregador à porta USB, o PA detectará que um carregador está conectado e forçará o pino de output enable (OE) para alto para desabilitar os switches. O PA se comunicará com o carregador para negociar o modo de carga rápida com VBUS em 9V, também demonstrado na figura 4. O TS3USB3000 está agora em um estado de baixo consumo, com as chaves desabilitadas, e pode proteger o PA.
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| Figura 4: TS3USB3000 protege o PA em 9V quando acontece um curto |
O switch TS3USB3000 serve para dois propósitos: 1) ele chaveia entre o host e o carregador e 2) ele protege o PA em 5-9V. Para o primeiro caso, qualquer switch USB pode ser usada, dependendo do tipo de banda passante e RON (resistência em condução) que o cliente deseja. Mas para o segundo caso, somente o TS3USB3000 pode proteger o PA em caso de um curto-circuito.
O TS3USB3000 serve estes dois propósitos para projetos que precisem operar em 9V. O dispositivo facilita o chaveamento entre o host e o PA, e se um curto-circuito ocorrer entre VBUS e D- durante a inserção ou retirada do conector USB, ele protegerá o PA.
