USB电路保护技术设计实作

 在USB技能规范中，明定电源办理供给电流约束和电源开关功用或供给正温度系数热敏电阻组件与固态开关功用，以作为可行之过电流维护法。

维护电源开关避免过电流表象

维护电源开关组件归于硅组件，用于USB电源总线中，操控输至USB埠的电源，而且有助于维护电路和组件，避免呈现过电流表象。与PPTC组件类似，维护电源开关在过电流条件下履行跳闸举措，可是这一跳闸举措的履行分红两个期间。组件在毫秒内即「举措」，将电流约束在一个预订的规模内，这一规模高于额外的作业电流。随后，告诉操控器曾经发作了毛病，操控器即可经过切换电源开关上的致能Pin来封闭这一埠。若是操控器未作出呼应，则电源开关就重复履行这一埠的开关状况，以避免组件内部呈现过热损坏。

USB运用中的要害组件参数包罗开关电阻、接连输出电流、举措工夫、电流约束设定点、毛病旗标推迟、电流约束释放点以及举措电流晋升。

导通电阻将影响体系电源压降，在组件不处于电流约束形式时进行丈量。较高的导通电阻可以招致组件上的电压降过大，就有可以招致USB的功用不合格和设备功用不正常。硅组件的导通电阻是供电电压的函数，最佳的组件应该可以在较低的总线电压下将电阻和电压降削减到最低程度，而且坚持USB输出的电压是合格的。接连输出电流是设备未举措时的电流值。关于小功率运用中，这一参数应该在契合USB技能规范的一起尽量下落。

举措工夫是指维护电源开关器材发动其电流约束回路的速度，硅组件所具有的极快的举措工夫使其成为功率约束运用中的一项挑选。与PPTC组件不同之处在于其举措后的电流值可以坚持在适当高的水平，并由电流约束的设定值来决议。电流约束设定值是指硅组件一但举措后将电流所约束到的规范，其数值依据毛病状况的严峻程度来改变，一般界说为毛病电阻的函数。关于小功率的运用，电流约束值应该尽量设低。

将毛病旗标推迟功用结合在硅组件中，有助于避免「误举措」和改进客户的满意度。毛病旗标是指在特定的USB埠呈现毛病时，用于警示USB操控器的逻辑输出。在热插拔进程中，许多USB设备容性很高，可以汲取适当大的电流，并超越了规则限值。这形成组件触宣布工夫短的电流约束信号，若是这一信号传到达操控器，则会形成误举措。如表4所示，选用9毫秒的毛病旗标推迟工夫可以避免瞬时状况形成的毛病旗标触发。

电流约束释放点为描绘要害

电流约束释放点是一项关于最终用户十分要害的参数，它规则了一个电流规范，硅组件到达这一电流规范时将免除其电流约束功用。这是一项描绘时需求思索的重要要素，因为一旦电流约束功用发动，组件的电阻将呈现很大起伏的添加，并可以影响到所衔接USB组件的正常作业。若是此值设定过低，会使在热插拔时进入电流约束形式下的组件仍坚持在举措状况下，而招致USB功用无法正常运作。经过将电流约束释放点设定到500mA以上，被维护的电源开关将在USB组件康复至正常作业电流规范时，中止约束电流。

在举措之后，埠处开端的功率耗散是硅组件约束电流的函数。若是此组件可以在毛病状况下关断，则埠的电流耗费和功率耗费可以忽略不计。若是操控电路无法履行这项功用(例如致能Pin在高电位发动的组件一向接在高电位上，或许电源开关功用并未内置此功用在组件之中时)，则绝大多数硅组件将持续对电流进行约束，直至其到达内部温度门坎。在到达这个温度门坎后，组件将开端对端口进行避免过热的循环周期。在这种状况下的均匀端口耗费电流是热循环周期和电流约束的函数。关于运用硅组件的小功率运用，重要之处在于装备正确的开/关电路以避免过高的「举措」状况下的耗费功率。

电源维护开关 进步可靠性并削减零件数量

电源维护开关可以结合许多的检测和维护功用，可以进步功用并减小零件的数量。表5中对常用的硅电源开关进行比拟。

在常用的电源开关实施计划中，电容器和电阻器被用于在毛病旗标信号中发作工夫推迟，而Raychem的Power Switch内置了这一特性，而且避免了在电路板上别的设置电路。毛病旗标推迟可以避免冲击电流招致埠端发作误举措，并使所衔接的设备可以开端正常运作。为了进一步削减外部零件的数量，Power Switch分别为发动引线和标记引线(FLGA和FLGB)结合了上拉以及下拉电阻器。

Raychem的Power Switch将毛病标记输出信号设置在CMOS级，这一点关于低本钱完成计划来说十分要害，因为低本钱计划中的一些操控器无法撑持5V的输入信号。经过供给对CMOS级输出信号的撑持，便不再需求外局部压网络 。

Raychem的Power Switch也利于关于独自埠的维护，改进了客户的运用满意度。在检测到真实的过电流状况时，呈现毛病的埠端封闭，而其他的埠不受影响。表6说明晰关于独自埠的维护完成进程，将1Ω的负载衔接到信道A上，来仿真5A的过电流状况，一起将185mA的接连负载电流施加于信道B上，以模仿正常设备的状况作业。

Power Switch电源开关组件检测到了信道A的毛病，并开端约束电流。而只要在通道A，Power Switch将真实地开端ON/OFF循环周期直至毛病表象不见。而通道B上的接连电流处于技能规范之内，其作业坚持不受影响。

这项独自端口的维护功用也影响到了功率耗费量，并答应约束点处于最低值以削减毛病状况下功率的耗费。因为每个埠端均进行独立性维护，最大估计电流在500mA或以下，这与多埠同享维护方法距离很大，多埠方法是以1A的接连电流用1个通道维护2个端口。

关于小功率运用而言，具有能使某个埠运作或中止运作的功用是很重要的特性。在毛病状况下，硅组件将进入电流约束形式，以避免呈现极大的电流实波和电压降，可是仍能答应较大电流流经埠。若是这一埠不能禁用，则硅组件将真实进入一个过热循环周期。热循环周期可以下落总功率的耗费，但每个通道的功率仍将超越 1W。如表6所示，在维护电源开关通道A可以由操控器关断的状况下，可以使一个埠的电流耗费下落到10μA的水平。

有必要有用战胜

电压下落带来的导通电阻添加问题

在USB的描绘中，另一项重要的思索要素是跟着电压的下落，电阻值也会下落。跟着供电电压的下落，电压降问题显得愈加杰出。一般来说，电压下落将招致电源开关的导通电阻添加，这是一种不希望的特性。但Raychem的Power Switch组件的电阻却可以跟着供电电压的下落而下落，因此避免这晦气特性。如表7所示，在总线电压较高时，Power Switch可以削减输出电流值，晋升电源的功率和电池的运用寿命。在总线电压较低时，Power Switch两头的电压降也会下落，这样USB功用就能持续作业一段更长的工夫。

在毛病状况下的自复式电流约束功用有助于避免电路损坏、体系的压降与外围体系毛病，并有助体系满意UL的安全规范。PPTC组件是一种本钱较低的电流约束解决计划，适用于桌上型计算机、膝上型计算机和自备电源集线器。选用PPTC组件可对单个USB端口供给维护功用，并能节约更多能量，增强整个体系的可靠性。

在总线供电的集线器、双形式的集线器以及低功率主机中，Power Switch组件是最为常用的解决计划，这种组件还可用于USB设备中作为冲击电流约束组件。Power Switch组件内置了包罗电源开关功用的电流约束功用，供给较低的导通电阻和疾速的电流约束特性。这些特性适用于功率有限的主机中，在这种主机中参加电源开关功用，就可以透过封闭呈现毛病的埠端以最大幅节约能量。