CN207819429U - Usb保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及热插拔USB设备接口技术领域，USB接口的供电电压升高而损坏外接USB设备的问题，提出一种USB保护电路，包括过压保护芯片、电阻一、电阻二、电阻三和电容一，所述过压保护芯片的VIN脚连接电阻二的一端和USB输入电源，电阻二的另一端连接所述过压保护芯片的OVP脚和电阻三，所述电阻三的另一端接地，所述电容一与所述电阻三并联，所过压保护芯片的ENB脚连接电阻一，所述电阻一的另一端接地，所述过压保护芯片的GND脚接地，所述过压保护芯片的OUT脚用于USB电源输出，综上，本实用新型实现了过压保护的功能，适用于USB设备的防护。
Description
技术领域
本实用新型涉及热插拔USB设备接口技术领域，特别涉及一种USB的保护电路。
背景技术
USB由于支持热插拔和灵活的扩展性，目前在消费电子中得到了广泛的引用，USB接口在许多的电子产品中成了不可缺少的接口，通过USB接口可直接连接USB设备。由于USB协议为通用标准协议，其工作条件相对比较稳定，供电电压为+5v，但由于电力失效或者电网电压的不稳定很容易引起供电电压的升高，往往将外接的USB设备损坏，所以有必要提供一种保护USB设备的USB保护电路。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：克服USB接口的供电电压升高而损坏外接USB设备的问题，提出一种USB保护电路。
本实用新型解决上述技术问题，采用的技术方案是：
USB保护电路，包括过压保护芯片、电阻一、电阻二、电阻三和电容一，所述过压保护芯片的VIN脚连接电阻二的一端和USB输入电源，电阻二的另一端连接所述过压保护芯片的OVP脚和电阻三，所述电阻三的另一端接地，所述电容一与所述电阻三并联，所述过压保护芯片的ENB脚连接电阻一，所述电阻一的另一端接地，所述过压保护芯片的GND脚接地，所述过压保护芯片的OUT脚用于USB电源输出。
为使过压保护芯片的电源输入端和电源输出端能平滑电压，吸收电压过冲和高压尖峰电压，进一步地，所述USB保护电路还包括电容二，所述电容二的一端连接所述过压保护芯片的OUT脚，电容二的另一端接地；和/或，还包括电容三，所述电容三的一端连接所述过压保护芯片的OUT脚，电容三的另一端接地；和/或，还包括电容四，所述电容四的一端连接所述过压保护芯片的VIN脚，电容四的另一端接地；和/或，还包括电容五，所述电容五的一端连接所述过压保护芯片的VIN脚，电容五的另一端接地。
为使电容二和电容式能吸收高压尖峰电压，电容三和电容五能平滑电压过冲，优选地，所述电容二和电容四的容值范围为10nF～100nF，所述电容三和电容五的容值大于等于10uF。
为使适用于USB2.0的电路具有静电防护功能，进一步地，还包括USB2.0公头、USB2.0 母座、ESD器件一和ESD器件二，所述USB2.0公头的VBUS脚作为USB输入电源连接所述过压保护芯片的VIN脚，所述USB2.0母座的VBUS脚作为USB输出电源连接所述过压保护芯片的OUT脚，所述USB2.0公头的D-脚连接所述USB2.0母座的D-脚和ESD器件一，所述ESD器件一的另一端接地，所述USB2.0公头的D+脚连接所述USB2.0母座的D+脚和 ESD器件二，所述ESD器件二的另一端接地，所述USB2.0公头的GND脚与所述USB2.0 母座的GND脚相连接并接地。
为使电路的阻抗匹配以减少反射避免振荡，进一步地，还包括电阻四和电阻五，所述电阻四串接于所述USB2.0公头的D-脚和所述USB2.0母座的D-脚之间，所述电阻五串接于所述USB2.0公头的D+脚和所述USB2.0母座的D+脚之间。
优选地，ESD器件一和ESD器件二可为TVS管或压敏电阻。
为使适用于USB3.0的电路具有静电防护功能，进一步地，还包括USB3.0公头、USB3.0 母座、ESD器件一、ESD器件二、ESD器件三、ESD器件四、ESD器件五和ESD器件六，所述USB3.0公头的VBUS脚作为USB输入电源连接所述过压保护芯片的VIN脚，所述 USB3.0母座的VBUS脚作为USB输出电源连接所述过压保护芯片的OUT脚，所述USB3.0 公头的D-脚连接所述USB3.0母座的D-脚和ESD器件一，所述ESD器件一的另一端接地，所述USB3.0公头的D+脚连接所述USB3.0母座的D+脚和ESD器件二，所述ESD器件二的另一端接地，所述USB3.0公头的TX-脚连接所述USB3.0母座的TX-脚和ESD器件三，所述 ESD器件三的另一端接地，所述USB3.0公头的TX+脚连接所述USB3.0母座的TX+脚和ESD 器件四，所述ESD器件四的另一端接地，所述USB3.0公头的RX-脚连接所述USB3.0母座的RX-脚和ESD器件五，所述ESD器件五的另一端接地，所述USB3.0公头的RX+脚连接所述USB3.0母座的RX+脚和ESD器件六，所述ESD器件六的另一端接地，所述USB3.0公头的GND脚与所述USB3.0母座的GND脚相连接并接地。
为使电路的阻抗匹配以减少反射避免振荡，进一步地，还包括电阻四和电阻五，所述电阻四串接于所述USB3.0公头的D-脚和所述USB3.0母座的D-脚之间，所述电阻五串接于所述USB3.0公头的D+脚和所述USB3.0母座的D+脚之间；和/或，还包括电阻六和电阻七，所述电阻六串接于所述USB3.0公头的TX-脚和所述USB3.0母座TX-脚之间，所述电阻七串接于所述USB公头的TX+脚和所述USB3.0母座TX+脚之间；和/或，还包括电阻八和电阻九，所述电阻八串接于所述USB3.0公头的RX-脚和所述USB3.0母座的RX-脚之间，所述电阻九串接于所述USB公头的RX+脚和所述USB3.0母座的RX+脚之间。
优选地，ESD器件一、ESD器件二、ESD器件三、ESD器件四、ESD器件五和ESD器件六可为TVS管或压敏电阻。
具体地，所述过压保护芯片是型号为SY6883ABC的过压保护芯片。
本实用新型的有益效果是：
1)采用过压保护芯片实现了过压保护的功能，当过压保护芯片的OVP脚电压高于5.5V 时，该芯片的OUT脚断电，也即USB母座的VBUS脚断电；
2)过压保护芯片SY6883ABC的VIN脚可支持-0.3V～25V的电压，在输入电压不大于25V情况下都能正常运行输入过压保护功能；
3)TVS管具有极低的极间电容，能满足高速率的通信要求，极高的反应速度，能快速对 ESD事件作出反应，低的钳位电压，压敏电阻的性能稍差，两者均能达到静电防护的功能，即对15KV空气放电及接触放电事件起保护作用。
4)通过电阻四、电阻五、电阻六、电阻七、电阻八和电阻九有效避免了电路的振荡；
5)通过电容二和电容四分别吸收了过压保护芯片的OUT脚和VIN脚的高压尖峰电压；
6)通过电容三和电容五分别平滑了过压保护芯片的OUT脚和VIN脚的电压过冲；
7)通过电容一避免了能量很小的脉冲电压引起的过压保护芯片误动作；
8)USB设备加上此USB保护电路后，可避免USB口达到插拔的机械寿命后而损坏，加上此USB保护电路模块后，可仅需更换此模块。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的电路原理图；
图2为本实用新型实施例2的电路原理图；
图3为本实用新型实施例3的电路原理图；
其中，U1为过压保护芯片，J1为USB2.0母座，J2为USB2.0公头，J3为USB2.0母座，J4为USB3.0公头，R1为电阻一，R2为电阻二，R3为电阻三，R4为电阻四，R5为电阻五， R6为电阻六，R7为电阻七，R8为电阻八，R9为电阻九，C1为电容一，C2为电容二，C3 为电容三，C4为电容四，C5为电容五，ESD1为ESD器件一，ESD2为ESD器件二，ESD3 为ESD器件三，ESD4为ESD器件四，ESD5为ESD器件五，ESD6为ESD器件六。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述。
本实用新型旨在克服USB接口的供电电压升高而损坏外接USB设备的问题，提出了本 USB保护电路，包括过压保护芯片U1、电阻一R1、电阻二R2、电阻三R3和电容一C1，所述过压保护芯片U1的VIN脚连接电阻二R2的一端和USB输入电源，电阻二R2的另一端连接所述过压保护芯片U1的OVP脚和电阻三R3，所述电阻三R3的另一端接地，所述电容一C1与所述电阻三R3并联，所述过压保护芯片U1的ENB脚连接电阻一R1，所述电阻一 R1的另一端接地，所述过压保护芯片U1的GND脚接地，所述过压保护芯片U1的OUT脚用于USB电源输出。
实施例1
如图1所示，本实施例中还包括电容二C2、电容三C3、电容四C4和电容五C5，所述电容二C2的一端连接所述过压保护芯片U1的OUT脚，电容二C2的另一端接地；所述电容三C3与电容二C2并联；所述电容四C4的一端连接所述过压保护芯片U1的VIN脚，电容四C4的另一端接地；所述电容五C5与电容四C4并联。
本实施例的工作原理：过压保护芯片U1通过电阻二R2和电阻三R3对USB输入电源电压进行分压，其OVP脚上的电压为电阻三R3上的电压，过压保护芯片U1监控其OVP脚上的电压并判断USB输入电源电压值是否超过门限值(一般设置为5.3V～5.5V)，如果没有超过门限值，则过压保护芯片U1的OUT脚正常输出电压，该输出电压值为USB输入电源电压值减去过压保护芯片U1的内部损耗电压值，一般此内部损耗电压值较小；如果超过门限值，则过压保护芯片U1的OUT脚关闭电压输出，即输出电压为0V，如此可避免USB设备因高电压输入而损坏。采样电阻三R3上并联有电容一C1，可以避免能量很小的脉冲电压引起过压保护芯片U1误动作而影响USB设备的正常使用。
过压保护芯片U1采用SY6883ABC时，其VIN脚可支持-0.3V～25V的电压，在输入电压不大于25V情况下都能正常运行输入过压保护功能。
实施例2
如图2所示，本实施例在实施例1的基础上加入了静电防护功能，其器件还包括USB2.0 公头J2、USB2.0母座J1、ESD器件一ESD1、ESD器件二ESD2、电阻四R4和电阻五R5，所述USB2.0公头J2的VBUS脚作为所述USB输入电源连接所述过压保护芯片U1的VIN 脚，所述USB2.0母座J1的VBUS脚作为所述USB电源输出连接所述过压保护芯片U1的 OUT脚，所述USB2.0公头J2的D-脚连接电阻四R4和ESD器件一ESD1，电阻四R4的另一端连接USB2.0母座J1的D-脚，ESD器件一ESD1的另一端接地，所述USB2.0公头J2的 D+脚连接电阻五R5和ESD器件二ESD2，电阻五R5的另一端连接USB2.0母座J1的D+脚， ESD器件二ESD2的另一端接地，所述USB2.0公头J2的GND脚与所述USB2.0母座J1的 GND脚相连接并接地。
本实施例的工作原理：USB2.0公头J2将外部供电连接到过压保护芯片U1的VIN脚，经过和如实施例1描述的过压保护原理后，过压保护芯片U1的OUT脚连接USB2.0母座J1 的VBUS脚进行电压的输出，即USB2.0母座J1的VBUS脚输出电压是具有过压保护功能的。
本实施例中USB2.0公头J2和USB2.0母座J1的接线采用USB2.0的接线方式，ESD器件一ESD1和ESD器件二ESD2可选取TVS管或压敏电阻，TVS管性能更佳，当选取TVS 管时，若USB2.0公头J2的D-脚和USB2.0母座J1的D-间由于外界引入了一个很高的静电电压时，TVS管能以极高的速度(最高达1皮秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏，从而达到静电防护的功能，同理，USB2.0公头J2的D+脚和USB2.0母座J1的D+间也具备静电防护功能，另TVS管的容性很小可选取0.5pF，不会影响USB正常通信速度要求，且电阻四和电阻五的存在可以使电路阻抗匹配，减少了反射避免了电路振荡。
实施例3
如图3所示，本实施例在实施例2的基础上将USB2.0接口改为了USB3.0接口，即：还包括USB3.0公头J4、USB3.0母座J3、ESD器件一ESD1、ESD器件二ESD2、ESD器件三 ESD3、ESD器件四ESD4、ESD器件五ESD5、ESD器件六ESD6、电阻四R4、电阻五R5、电阻六R6、电阻七R7、电阻八R8和电阻九R9，所述USB3.0公头J4的VBUS脚作为所述 USB输入电源连接所述过压保护芯片U1的VIN脚，所述USB3.0母座J3的VBUS脚作为所述USB电源输出连接所述过压保护芯片U1的OUT脚，所述USB3.0公头J4的D-脚连接电阻四R4和ESD器件一ESD1，电阻四R4的另一端连接USB3.0母座J3的D-脚，ESD器件一ESD1的另一端接地，所述USB3.0公头J4的D+脚连接电阻五R5和ESD器件二ESD2，电阻五R5的另一端连接USB3.0母座J3的D+脚，ESD器件二ESD2的另一端接地，所述 USB3.0公头J4的TX-脚连接电阻六R6和ESD器件三ESD3，所述电阻六R6的另一端连接 USB3.0母座J3的TX-脚，所述ESD器件三的另一端接地，所述USB3.0公头J4的TX+脚连接电阻七R7和ESD器件四ESD4，所述电阻七R7的另一端连接USB3.0母座J3的TX+脚，所述ESD器件四ESD4的另一端接地，所述USB3.0公头J4的RX-脚连接电阻八R8和ESD 器件五，所述电阻八R8的另一端连接USB3.0母座J3的RX-脚，所述ESD器件五的另一端接地，所述USB3.0公头J4的RX+脚连接电阻九R9和ESD器件六，所述电阻九R9的另一端连接USB3.0母座J3的RX+脚，所述ESD器件六的另一端接地，所述USB3.0公头J4的 GND脚与所述USB3.0母座J3的GND脚相连接并接地。
本实施例的工作原理：本实施例的过压保护原理和静电防护原理同实施例2，仅将USB2.0 接口改为了USB3.0接口，且在各数据线间加入了静电防护和防电路振荡的功能，即：通过过压保护芯片U1实现过压保护功能，通过ESD器件一ESD1和电阻四R4分别实现USB3.0 公头J4的D-脚和USB3.0母座J3的D-脚间的静电防护和防电路振荡功能；通过ESD器件二 ESD2和电阻五R5分别实现USB3.0公头J4的D+脚和USB3.0母座J3的D+脚间的静电防护和防电路振荡功能；通过ESD器件三ESD3和电阻六R6分别实现USB3.0公头J4的TX-脚和USB3.0母座J3的TX-脚间的静电防护和防电路振荡功能；通过ESD器件四ESD4和电阻七R7分别实现USB3.0公头J4的TX+脚和USB3.0母座J3的TX+脚间的静电防护和防电路振荡功能；通过ESD器件五ESD5和电阻八R8分别实现USB3.0公头J4的RX-脚和USB3.0 母座J3的RX-脚间的静电防护和防电路振荡功能；通过ESD器件六ESD6和电阻九R9分别实现USB3.0公头J4的RX+脚和USB3.0母座J3的RX+脚间的静电防护和防电路振荡功能。
Claims (10)
1.USB保护电路，其特征在于，包括过压保护芯片、电阻一、电阻二、电阻三和电容一，所述过压保护芯片的VIN脚连接电阻二的一端和USB输入电源，电阻二的另一端连接所述过压保护芯片的OVP脚和电阻三，所述电阻三的另一端接地，所述电容一与所述电阻三并联，所述过压保护芯片的ENB脚连接电阻一，所述电阻一的另一端接地，所述过压保护芯片的GND脚接地，所述过压保护芯片的OUT脚用于USB电源输出。
2.如权利要求1所述的USB保护电路，其特征在于，还包括电容二，所述电容二的一端连接所述过压保护芯片的OUT脚，电容二的另一端接地；
和/或，还包括电容三，所述电容三的一端连接所述过压保护芯片的OUT脚，电容三的另一端接地；
和/或，还包括电容四，所述电容四的一端连接所述过压保护芯片的VIN脚，电容四的另一端接地；
和/或，还包括电容五，所述电容五的一端连接所述过压保护芯片的VIN脚，电容五的另一端接地。
3.如权利要求2所述的USB保护电路，其特征在于，所述电容二和电容四的容值范围为10nF～100nF，所述电容三和电容五的容值大于等于10uF。
4.如权利要求1所述的USB保护电路，其特征在于，还包括USB2.0公头、USB2.0母座、ESD器件一和ESD器件二，所述USB2.0公头的VBUS脚作为USB输入电源连接所述过压保护芯片的VIN脚，所述USB2.0母座的VBUS脚作为USB输出电源连接所述过压保护芯片的OUT脚，所述USB2.0公头的D-脚连接所述USB2.0母座的D-脚和ESD器件一，所述ESD器件一的另一端接地，所述USB2.0公头的D+脚连接所述USB2.0母座的D+脚和ESD器件二，所述ESD器件二的另一端接地，所述USB2.0公头的GND脚与所述USB2.0母座的GND脚相连接并接地。
5.如权利要求4所述的USB保护电路，其特征在于，还包括电阻四和电阻五，所述电阻四串接于所述USB2.0公头的D-脚和所述USB2.0母座的D-脚之间，所述电阻五串接于所述USB2.0公头的D+脚和所述USB2.0母座的D+脚之间。
6.如权利要求4所述的USB保护电路，其特征在于，ESD器件一和ESD器件二可为TVS管或压敏电阻。
7.如权利要求1所述的USB保护电路，其特征在于，还包括USB3.0公头、USB3.0母座、ESD器件一、ESD器件二、ESD器件三、ESD器件四、ESD器件五和ESD器件六，所述USB3.0公头的VBUS脚作为USB输入电源连接所述过压保护芯片的VIN脚，所述USB3.0母座的VBUS脚作为USB输出电源连接所述过压保护芯片的OUT脚，所述USB3.0公头的D-脚连接所述USB3.0母座的D-脚和ESD器件一，所述ESD器件一的另一端接地，所述USB3.0公头的D+脚连接所述USB3.0母座的D+脚和ESD器件二，所述ESD器件二的另一端接地，所述USB3.0公头的TX-脚连接所述USB3.0母座的TX-脚和ESD器件三，所述ESD器件三的另一端接地，所述USB3.0公头的TX+脚连接所述USB3.0母座的TX+脚和ESD器件四，所述ESD器件四的另一端接地，所述USB3.0公头的RX-脚连接所述USB3.0母座的RX-脚和ESD器件五，所述ESD器件五的另一端接地，所述USB3.0公头的RX+脚连接所述USB3.0母座的RX+脚和ESD器件六，所述ESD器件六的另一端接地，所述USB3.0公头的GND脚与所述USB3.0母座的GND脚相连接并接地。
8.如权利要求7所述的USB保护电路，其特征在于，还包括电阻四和电阻五，所述电阻四串接于所述USB3.0公头的D-脚和所述USB3.0母座的D-脚之间，所述电阻五串接于所述USB3.0公头的D+脚和所述USB3.0母座的D+脚之间；
和/或，还包括电阻六和电阻七，所述电阻六串接于所述USB3.0公头的TX-脚和所述USB3.0母座TX-脚之间，所述电阻七串接于所述USB公头的TX+脚和所述USB3.0母座TX+脚之间；
和/或，还包括电阻八和电阻九，所述电阻八串接于所述USB3.0公头的RX-脚和所述USB3.0母座的RX-脚之间，所述电阻九串接于所述USB公头的RX+脚和所述USB3.0母座的RX+脚之间。
9.如权利要求7所述的USB保护电路，其特征在于，ESD器件一、ESD器件二、ESD器件三、ESD器件四、ESD器件五和ESD器件六可为TVS管或压敏电阻。
10.如权利要求1所述的USB保护电路，其特征在于，所述过压保护芯片是型号为SY6883ABC的过压保护芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Sichuan Changhong Xinwang Technology Co.,Ltd. Assignor: SICHUAN CHANGHONG ELECTRIC Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980043949 Denomination of utility model: USB protection circuit Granted publication date: 20180904 License type: Common License Record date: 20231030 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |