茸茸大神带你学习OTG电源管理分立电路的仿真分析

OTG电源管理仿真分析

世界上最远的距离，就是电路在你眼前，周围的你都看懂了，U5是板上5V对外供电的开关，左下方是个USB接插件，而红框中的三极管和MOSFET的组合，你却看不懂它。。。。。。

如下，图框中的电路处于电源区，它的功能应该是电源管理。它的功能具体是怎么样的，到底实现效果如何。如果抽象分析帮助你理清它这个功能电路的元件的关系，我们试着用电路仿真软件来运行一下，看看什么结果，然后再倒推原理。

电路仿真时，如果只是照搬原理图的内容，可能得到的结果，要么报错，输出一条直线。所以，做电路仿真，特别是电源模块的仿真时，需要考虑到电路的实际应用工况。同时需要在仿真电路的设计上加入假设性的激励源和负载。

该电路是个USB的OTG电源管理模块，结合它的工作特征，其可能遇到的外部工况是：

1. 外部无源设备接入时，该电路对接入USB口的设备是否供电（U5关闭对外供电）；

2. 该设备从外部取得电源；

3. 在本设备无供电情况下，外部设备带点插入插入本设备，电源电平比本设备低，亦或电源比本设备高。

4. 在本设备有5V供电情况下，外部设备带点插入插入本设备，电源电平比本设备低，亦或电源比本设备高。

仿真中，假设负载为5V/100mA耗电特征，等效直流负载为50欧姆，U5关闭对外供电。

1、假设外设是不带电的等效电阻设备（最大电流100mA），R3为假设负载：

此项我们直接采用直流分析，可以看到探针1处，电源几乎为0，据此可推断，当U5关闭时，本设备对外不供电。

2、负载假设如“1、”，V1从0V扫描到7V，模拟板内电源可能有的状态甚至略有过压状态，波形为扫描探针“1”处的电压。

由扫描结果可以看出，输入电压在mV级，几乎是器件不工作时的漏电电压，说明只要外设不带电，且U5关闭时，板上5V位置的电源不通过此路径。

3、  假设板上无5V自供电，板上器件等效为50欧耗电负载，外部供电从0V扫描到7V，观察点为探针1处，本设备的原理图上标准为5V的电源网标，本次加入原图上的稳压管。

从仿真结果可以看出，该电路对外部电源是等同导通的，利用外部电源对本设备进行供电。同时，由于稳压管的存在，我们假设的接入电压超过5V时，右端的电源保持在5V。

4、假设板上已有5V电源，板外（V1）带电插入，接入电压从0V到7V扫描：

a)电压监控结果如下： 电压曲线，黄色是外设端，绿色是板内端。

由该仿真结果可以看出，不管外部接入电源如何变化，由于这个电路的单向隔离功能，外部电源不会影响板上的电压值。同时，稳压管也防止了过压对板上电源的影响。

b）我们观察一下流过MOSFET的电流，扫描结果如下：

由上图可以看到，一旦外部电压超过5V， MOSFET上会有逐步增大的电流通过。

通过仿真可得到以下结论：

1）  板上电源不通过该路径向OTG插座供电；

2）  板内器件可通过OTG插座从外设直接取电；

3）  如果外设与板上都通电，OTG外设不影响板上5V电压。

至此，你会明白这个电路的作用了，它是一个单向导通功能的电路。作为深入的挖掘，你还可以在三级管的B极、MOSFET的G极加入探针，利用上图的电压扫描观察它们的变化，进一步理解它的原理，并能逐类旁通地应用。

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