CN201569970U - 一种适用于usb接口设备的电源缓启动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置，该装置包括：第一电容(C1)连接在电源输入端(VIN)与地(GND)之间，第一电阻(R1)与该第一电容(C1)并联；P沟道MOS管(VT1)的源极连接在电源输入端(VIN)，漏极作为电源输出端(VOUT)连接负载；第二电容(C2)两端分别连接电源输入端(VIN)和P沟道MOS管(VT1)的栅极；第一二级管(VD1)反向连接在P沟道MOS管(VT1)的栅极和地(GND)之间；第二电阻(R2)与第一二级管(VD1)并联。应用本实用新型实施例提供装置够有效的防止USB接口设备在上电后短时间内再次进行上电，导致缓启动失效的问题。

Description

一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置，适用于通过USB总线接口供电的接口设备，提供电源保护的电源缓启动电路实现。

背景技术

USB接口作为一种通用的高速串行总线接口，由于具有即插即用、支持热插拔、连接灵活，同时还能通过总线提供电源驱动等特点，它已被越来越广泛地应用于各种数字终端产品中。根据USB 2.0规范的定义，单个USB端口最大可提供500mA的电流驱动能力。然而在对部分仅依靠USB接口供电，并对供电端口的驱动能力有较大需求这类产品的使用中，比如像无线上网数据卡等，我们会发现这些设备在接入PC机的上电瞬间会导致PC机出现蓝屏或重启现象。针对这种现象进一步分析可发现，在这些设备通过USB端口连接到PC机的瞬间，会产生一个远远大于USB端口驱动能力的电流冲击，超出了PC机能承受的范围，导致PC机出现故障。通过在设备的USB接口输入端增加电源缓启动电路，适当限制电源启动的电流，可以有效解决这一故障。

目前应用于USB接口设备中的缓启动方案主要有两种。

一种是在电源输入部分串联接入一个负温度系数的热敏电阻。热敏电阻在上电时与负载起分压作用。随着电流流过热敏电阻，温度升高，阻值也随之下降，负载两端的电压呈现缓慢上升至终值电压，从而实现了缓启动的作用。这种方案的特点是成本较低，适用于设计简单的产品。但它只能粗略的控制电压缓升，无法做到精确控制上电时的输入电流和过渡时间。同时在短时间再次上电过程中，由于热敏电阻上的热无法立刻散去，会导致缓启动作用失效。

另一种方案是使用分立的阻容器件和晶体管器件构成，也是比较常见的一种解决方案。它主要了利用MOS管属于压控器件的特性，通过电容充放电调节MOS管栅极和源极的压差，来实现对通过MOS管的电流控制。如图1所示，当电源接入后，电源通过电阻R2向电容C1充电，随着C1两端的电压升高，逐渐打开MOS管VT1，从而达到缓启动的目的。这种方案较前一方案可以做到精确控制上电时间，在完成一次上电后短时间内再次进行上电，会导致缓启动功能失效。同时，由于USB端口的电源仅为+5V，MOS管的栅极电压取自R1、R2分压点的电压，必须选用开启电压小的MOS管，并匹配好R1R2的阻值要求，才能确保电路的正常工作。这给MOS管的选型提出了较高的要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置，用于解决现有技术中USB接口设备在上电后短时间内再次进行上电，导致缓启动失效的问题。

一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置，包括第一电容(C1)、第一电阻(R1)、P沟道MOS管(VT1)、第二电容(C2)、第一二级管(VD1)和第二电阻(R2)：

第一电容(C1)连接在电源输入端(VIN)与地(GND)之间，第一电阻(R1)与该第一电容(C1)并联；

P沟道MOS管(VT1)的源极连接在电源输入端(VIN)，漏极作为电源输出端(VOUT)连接负载；

第二电容(C2)两端分别连接电源输入端(VIN)和P沟道MOS管(VT1)的栅极；

第一二级管(VD1)反向连接在P沟道MOS管(VT1)的栅极和地(GND)之间；

第二电阻(R2)与第一二级管(VD1)并联。

该装置还包括第三电容(C3)，该第三电容(C3)跨接在电源输入端(VIN)和地(GND)之间，与所述第一电容(C1)并联，所述第三电容(C3)为高频滤波电容。

所述第一二极管(VD1)与第一电阻(R1)构成第一电容、第二电容(C2)和第三电容(C3)的放电回路。

该装置还包括第二二极管(VD2)，并且该第二二极管(VD2)正极连接所述P沟道MOS管漏极，负极作为电源输出端(VOUT)连接负载，当第一电容、第二电容(C2)和第三电容(C3)放电时，所述第二二极管(VD2)将缓启动电路主体与负载隔离开。

该装置还包括稳压管(VD3)，该稳压管(VD3)正极连接P沟道MOS管(VT1)的栅极，负极连接所述P沟道MOS管(VT1)的源极，用于稳定P沟道MOS管(VT1)的栅极和源极的电压。

通过本实用新型申请提供的装置，第一二极管VD1的引入缩短了C2上电荷释放的时间，加速了放电过程，能够有效的防止USB接口设备在上电后短时间内再次进行上电，导致缓启动失效的问题。

附图说明

图1为现有技术中分立元件构成的缓启动电路；

图2为本实用新型实施例一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置的结构图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置，该装置包括：第一电容(C1)连接在电源输入端(VIN)与地(GND)之间，第一电阻(R1)，与所述第一电容(C1)并联；P沟道MOS管(VT)的源极连接在电源输入端(VIN)，漏极与电源输出端(VOUT)相连；第二电容(C2)跨接于电源输入端(VIN)和P沟道MOS管(VT)的栅极；第一二级管(VD1)反向连接在开关晶体管VT1的栅极和地(GND)之间；第二电阻(R2)与第一二级管(VD1)并联。

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图2所示，一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置，该装置包括第一电容C1、第一电阻R1、P沟道MOS管VT1、第二电容C2、二级管VD1、第二电阻R2、第二二极管VD2、稳压管VD3和第三电容C3：

第一电容C1，跨接在电源输入端VIN与地GND之间，作为储能电容，减小电源波动对负载工作造成的影响；

第三电容C3，与所述第一电容C1并联，两端分别连接在电源输入端VIN和地GND之间，用于过滤旁路高频干扰信号，为高频滤波电容。

第一电阻R1，与第一电容C1并联，连接在电源输入端VIN与地GND之间，是第一电容C1和第二电容C2放电回路的公共电阻，在掉电时，第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3上聚集的电荷通过电阻R1迅速释放掉；

所述P沟道MOS管VT1该的源极S端连接在电源输入端(VIN)，其漏极D端作为电源输出端VOUT连接负载，控制从电源流向负载的电流大小；

第二电容C2，跨接于电源输入端VIN和P沟道MOS管VT1的栅极G端；

第二电阻R2，连接在P沟道MOS管VT1的栅极S端与地GND之间，在缓启动电路主体上电时作为电容C2的充电电阻，从而控制P沟道MOS管VT1的开启；

第一二级管VD1，反向连接在P沟道MOS管VT1的栅极G端与地GND之间(即该二级管VD1的正极连接地GND，负极连接P沟道MOS管VT1的栅极G端)，与第二电容C2和第一电阻R1构成了第二电容C2的放电回路，在掉电时加速电容C2上的电荷释放；

第二二极管VD2，正向串接在开关晶体管VT1的漏极D端和电路输出OUT端(即该二极管VD2的正极连接所述P沟道MOS管漏极，负极作为电源输出端VOUT连接负载)，在掉电时将缓启动电路和负载电路隔离开，防止负载电路中的容性负载通过P沟道MOS管VT1的体二级管借助缓启动电路的放电回路放电。

所述稳压管VD3的正极在P沟道MOSI管VT1的栅极G端，负极连接在P沟道MOSI管VT1的源极S端，起稳压限流作用。

本实用新型实施例一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置的工作原理具体为：

当设备通过USB接口连接到PC机时，由于第一电容C1，第二电容C2的内阻很低，可视为短路，P沟道MOS管VT1的源极S端和栅极G端电位相同，迅速跃变到USB电源电压+5v。此时VT1的G端和S端的压差Vgs为0V，P沟道MOS管截止。随后，第二电容C2按照时间常数T1进行充电(因为R2对所述第二电容C2充电，所以时间常数为T1＝C2*R2)，P沟道MOS管G端的电压随着C2的充电以一定的斜率逐渐降低直至0v，G端和S端的压差Vgs也逐渐增大至-5V。当Vgs达到MOS管的开启电压时，VT1开始导通，电流缓慢增加从电源流向负载，从而实现缓启动的功能。VD3在VT1的S、G两端可实现对VT1的限流保护作用。

当设备与PC机断开连接时，电容C1上的电荷通过电阻R1释放掉，时间常数为T2＝C1*R1。电容C2上的电荷通过与电阻R1、二极管VD1构成的回路释放掉，放电时间常数T3＝C2*R1。如果没有二级管VD1，C2的放电回路将由C2、R1和R2构成，时间常数为T＝C2*(R1+R2)。

通过本实用新型申请提供的装置减小了上电电流对PC机的冲击，并且第一二极管VD1的引入缩短了C2上电荷释放的时间，加速了放电过程。另一方面，由于开关晶体管中存在有寄生的体二极管，在掉电放电的过程中，负载端容性负载上的电荷会通过这个寄生体二极管，在缓启动电路中的放电回路中放电，延缓缓启动电路的放电过程。VD2的加入有效阻隔了负载到放电回路的通路，从而确保了负载热拔插后再次快速上电时缓启动电路的正常工作。另外，还可实现上电缓启动的时间可控。

本实用新型所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其它的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种适用于USB接口设备的电源缓启动装置，其特征在于，包括：

第一电容(C1)，连接在电源输入端(VIN)与地(GND)之间；

第一电阻(R1)，与所述第一电容(C1)并联；

P沟道MOS管(VT1)，其源极连接在电源输入端(VIN)，漏极作为电源输出端(VOUT)连接负载；

第二电容(C2)，两端分别连接电源输入端(VIN)和P沟道MOS管(VT1)的栅极；

第一二级管(VD1)，反向连接在P沟道MOS管(VT1)的栅极和地(GND)之间；

第二电阻(R2)，与第一二级管(VD1)并联。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

第三电容(C3)，该第三电容(C3)连接在电源输入端(VIN)和地(GND)之间。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第三电容(C3)为高频滤波电容。

4.如权利要求2～3任一项所述的装置，其特征在于，所述第一二极管(VD1)与第一电阻(R1)构成第一电容、第二电容(C2)和第三电容(C3)的放电回路。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

第二二极管(VD2)，该第二二极管(VD2)正极连接所述P沟道MOS管漏极，负极作为电源输出端(VOUT)连接负载。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

稳压管(VD3)，该稳压管(VD3)正极连接P沟道MOS管(VT1)的栅极，负极连接所述P沟道MOS管(VT1)的源极。

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