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一 前言
在目前的车载娱乐系统中，USB接口已经成为系统的标配。随着大电池容量的便携设备的流行，做为车载充电接口的USB电源，需要提高更大的电流以满足设备的需要。目前主流方案中，单个USB口的负载能力需要达到2.5A。
车载USB系统的架构为：从汽车蓄电池取电，经过降压电路后得到5V的稳定电源，提供给USB的VBUS。汽车蓄电池的电压并不是一个稳定的电压，其变化范围是非常大的，以小型乘用车为例，其蓄电池电压典型值为13V，电压范围为9~16V，在启停等恶劣情况下，会低至6V，甚至更低。不少整车厂对USB电源有着非常严苛的要求，6V电池电压下要保证5V输出，考虑到输入端的反极性保护及线损，USB电源的输入端电压会更低。这对车载USB电源的设计是个挑战。
Buck电路是最常用的降压开关电源。图1所示为非同步的Buck电路。
图1.非同步buck电路结构
其工作原理为，当上管S1开通时，电源VIN向负载供电，电感L1储能，电感上的电压为VIN-VO。当上管S1关闭后，电感L1向负载提供能量，电感上的电压为-VO。图二所示为电流连续模式下的BUCK电路的工作原理及波形。根据电感伏秒平衡可以得到
最后可以解出
图2.电流连续模式下的非同步buck的工作原理
常用的BUCK电路，出于成本考虑，会选用N沟道MOSFET。但是在车载USB电源的应用中，成本较高的P沟道MOSFET却更有优势。
根据公式2，如果需要实现在VIN=5.7V下，保证VO=5V。那么最大占空比为，
88%只是理想情况下的理论计算值。实际中，需要考虑续流二极管D1的压降，开关管S1的导通压降，以及电感L1的直流阻抗的压降，如图3所示。
开关管闭合时，不考虑电流纹波，电感上的电压为：
其中，IO为输出电流，Rdson为上管MOSFET的导通电阻，DCR为电感的直流阻抗。
开关管管断开时，不考虑电流纹波，电感上的电压为：
VD为二极管的正向压降
图3.考虑寄生参数的非同步Buck电路工作原理
根据电感的伏秒平衡，可以得到实际的占空比为：
取VIN=5.7V，VO=5V，IO=2A，VD=0.3V，Rdson=50mΩ，DCR=70mΩ，可以计算所需要的占空比为：
如果选择N沟道MOSFET做为开关S1，驱动电压要高于VIN，需要用自举电路，通过每个周期对自举电容充电来驱动NMOS，这种驱动结构在如此大的占空比的应用中问题很多。而采用P沟道MOSFET，通常可以做到100%的占空比，即常开。在常开的情况下，我们可以得到：
取VO=5V，IO=2A，VD=0.3V，Rdson=50mΩ，DCR=70mΩ，可以得到该情况下，输入电压最低可为：
二．基于NCV8852的车载USB电源设计
NCV8852是一款外接P沟道MOSFET的非同步BUCK控制器。输入电压可高达44V，适用于12V蓄电池系统。采用峰值电流控制，系统易于稳定，响应快。可通过在ROSC管脚外接电阻将工作频率设定在100kHz到500kHz。图4为NCV8852的典型应用电路。ISNS管脚检测上管电流，用于峰值电流控制以及过流保护。COMP管脚为误差放大器的输出，外接RC电路以补偿环路。
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