CN217159268U

CN217159268U - 一种usb端口的防护电路

Info

Publication number: CN217159268U
Application number: CN202220300720.XU
Authority: CN
Inventors: 屈正波; 娄旭华; 侯雪峰; 郭哲; 刘元庆; 周洪涛
Original assignee: Zhejiang Zero Run Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Zero Run Technology Co Ltd
Priority date: 2022-02-15
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2032-02-15

Abstract

一种USB端口的防护电路，包括三级防护电路组成，第一级防护为第一防护模块和第二防护模块，第二级防护为第三防护模块，第三级防护为第四防护模块和第五防护模块；半导体放电管（TSS1或者TSS2）与二极管阵列（D1~D4或D5~D7）巧妙组合降低结电容的方式，在不影响USB信号传输的情况下，仍能满足大能量浪涌的吸收；本实用新型采用的瞬态阻断单元TBU响应速度快（微秒级），当侦测浪涌能量输入时，能够快速变成高阻态，切断浪涌通路，保护后级电路；二极管阵列与防护器件巧妙结合，降低结电容的方式；瞬态阻断单元响应速度快，能快速转换为高阻态。

Description

一种USB端口的防护电路

技术领域

本实用新型涉及USB防护领域，尤其涉及一种USB端口的防护电路。

背景技术

USB 技术，即通用串行总线技术，其具有传输速度快、总线供电、支持热插拔、安装配置便捷、扩展端口简易、传输方式多样化等优点，广泛应用于各类电子产品中。由于其属于人机交互端口，在人机数据交互过程中，如热插拔、人手触碰端口、USB killer浪涌能量等，就会产生静电、浪涌等过压脉冲，如果端口没有做好相应的防护，会导致设备的工作异常，甚至损坏。

例如，中国专利申请号：CN200710019521.1，公开了一种USB防护电路及方法，该USB防护电路包括一接口模块，该接口模块上设置有5个引脚，分别为一电源引脚，两个信号引脚，一扩充引脚以及一接地引脚，其中该电源引脚连接一MOS管与系统电源连接，该MOS管的栅极与漏极之间串接一电容，扩充引脚与一处理模块连接；另外，该USB防护电路还包括有一反向器，该反向器包括一电源引脚，一接地引脚，一输入引脚和一输出引脚，其中该输入引脚与上述处理模块连接，输出引脚串联一电阻和MOS管的栅极连接，电源引脚与系统电源连接；该发明无法满足大能量高压浪涌以及USB killer浪涌能量的防护。

实用新型内容

本实用新型主要解决了USB端口的静电防护问题和浪涌防护问题，提供了一种USB端口的防护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种USB端口的防护电路，包括三级防护电路组成，第一级防护为第一防护模块和第二防护模块，第二级防护为第三防护模块，第三级防护为第四防护模块和第五防护模块；所述第一级防护可以为半导体放电管、瞬态抑制二极管、压敏电阻和二极管阵列（或整流桥）组合以及气体放电管；所述第二级防护可以为瞬态阻断单元、正温度系数热敏电阻。

作为优选，所述第一级防护由半导体放电管和二极管阵列组成；所述第一级防护并联在USB信号线和地线之间；用于吸收从USB信号端口串入的大部分浪涌能量（高压浪涌以及USB killer浪涌），半导体放电管结电容小，浪涌能量吸收能力强，响应速度快，残压低，其巧妙结合二极管阵列进一步降低了结电容，从而不会影响USB信号的传输。

作为优选，所述第二级防护由瞬态阻断单元TBU组成；所述第二级防护串联在USB信号线上；起到退耦作用，当浪涌能量从USB信号端口涌入时，其能以较快的速度响应，变成高阻态，关断通路，防止浪涌能量对后级电路造成损害。

作为优选，所述第三级防护由小功率ESD管组成；所述第三级防护并联在USB信号线和地线之间；用于吸收前级未吸收的浪涌残余小能量和静电防护。

本实用新型的优点是：

（1）半导体放电管（TSS1或者TSS2）与二极管阵列（D1~D4或D5~D7）巧妙组合降低结电容的方式，在不影响USB信号传输的情况下，仍能满足大能量浪涌的吸收；

（2）瞬态阻断单元TBU响应速度快（微秒级），当侦测浪涌能量输入时，能够快速变成高阻态，切断浪涌通路，保护后级电路；

（3）二极管阵列与防护器件巧妙结合，降低结电容的方式；

（4）瞬态阻断单元响应速度快，能快速转换为高阻态。

附图说明

图1是本实用新型。

1、第一防护模块2、第二防护模块3、第三防护模块4、第四防护模块5、第五防护模块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不限定本实用新型。

实施例：如图1所示，本实用新型提供了一种USB端口的防护电路，包括三级防护电路组成，第一级防护为第一防护模块1和第二防护模块2，第二级防护为第三防护模块3，第三级防护为第四防护模块4和第五防护模块5；所述第一级防护可以为半导体放电管、瞬态抑制二极管、压敏电阻和二极管阵列（或整流桥）组合以及气体放电管；所述第二级防护可以为瞬态阻断单元、正温度系数热敏电阻；所述第一防护模块包括四个二极管和一个瞬态抑制二极管，二极管D1的负极端接地，二极管D1的正极端与瞬态抑制二极管TSS1的一端相连，二极管D2的正极端接地，二极管D2的负极端与瞬态抑制二极管TSS1的一端相连，二极管D3的负极端与瞬态抑制二极管TSS1的另一端相连，二极管D3的正极端与正温度系数热敏电阻R1的一端相连，二极管D4的正极端与瞬态抑制二极管TSS1的另一端相连，二极管D4的负极端与正温度系数热敏电阻R1的一端相连；所述第二防护模块包括四个二极管和一个瞬态抑制二极管，二极管D5的负极端接地，二极管D5的正极端与瞬态抑制二极管TSS2的一端相连，二极管D6的正极端接地，二极管D6的负极端与瞬态抑制二极管TSS2的一端相连，二极管D7的负极端与瞬态抑制二极管TSS2的另一端相连，二极管D7的正极端与正温度系数热敏电阻R2的一端相连，二极管D8的正极端与瞬态抑制二极管TSS2的另一端相连，二极管D8的负极端与正温度系数热敏电阻R2的一端相连；所述第三防护模块包括正温度系数热敏电阻R1和正温度系数热敏电阻R2，所述正温度系数热敏电阻R1串联在USB+信号线上，所述正温度系数热敏电阻R1的另一端与第一USB端口相连，温度系数热敏电阻R2串联在USB-信号线上，所述正温度系数热敏电阻R的另一端与第二USB端口相连；所述第四防护模块包括二极管ESD1，二极管ESD1的一端接地，二极管ESD1的另一端与第一USB端口相连；所述第五防护模块包括二极管ESD2，二极管ESD2的一端接地，二极管ESD2的另一端与第二USB端口相连。

如图1所示，第一级防护由半导体放电管和二极管阵列组成；第一级防护并联在USB信号线和地线之间；第二级防护由瞬态阻断单元TBU组成；第二级防护串联在USB信号线上；第三级防护由小功率ESD管组成；第三级防护并联在USB信号线和地线之间；USB端口其数据线需要传输较高速率的信号，目前常用的USB端口为USB2.0级，其信号传输速率在480Mbps左右，故其对采用的防护器件具有较高的结电容Cj，一般需要Cj≤5pf，故目前采用的防护器件均为小功率TVS管，其通流量较小，仅能满足静电防护和小能量的低压浪涌防护要求，无法满足大能量高压浪涌和USB killer浪涌能量的防护要求；半导体放电管（TSS1或者TSS2）与二极管阵列（D1~D4或D5~D7）巧妙组合降低结电容的方式，在不影响USB信号传输的情况下，仍能满足大能量浪涌的吸收；瞬态阻断单元TBU响应速度快（微秒级），当侦测浪涌能量输入时，能够快速变成高阻态，切断浪涌通路，保护后级电路；二极管阵列与防护器件巧妙结合，降低结电容的方式；瞬态阻断单元响应速度快，能快速转换为高阻态。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本技术领域的人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种USB端口的防护电路，其特征在于包括三级防护电路组成，第一级防护为第一防护模块（1）和第二防护模块（2），第二级防护为第三防护模块（3），第三级防护为第四防护模块（4）和第五防护模块（5）；所述第一级防护为半导体放电管、瞬态抑制二极管、压敏电阻和二极管阵列组合以及气体放电管；所述第二级防护为瞬态阻断单元、正温度系数热敏电阻；所述第一防护模块包括四个二极管和一个瞬态抑制二极管，二极管D1的负极端接地，二极管D1的正极端与瞬态抑制二极管TSS1的一端相连，二极管D2的正极端接地，二极管D2的负极端与瞬态抑制二极管TSS1的一端相连，二极管D3的负极端与瞬态抑制二极管TSS1的另一端相连，二极管D3的正极端与正温度系数热敏电阻R1的一端相连，二极管D4的正极端与瞬态抑制二极管TSS1的另一端相连，二极管D4的负极端与正温度系数热敏电阻R1的一端相连；所述第二防护模块包括四个二极管和一个瞬态抑制二极管，二极管D5的负极端接地，二极管D5的正极端与瞬态抑制二极管TSS2的一端相连，二极管D6的正极端接地，二极管D6的负极端与瞬态抑制二极管TSS2的一端相连，二极管D7的负极端与瞬态抑制二极管TSS2的另一端相连，二极管D7的正极端与正温度系数热敏电阻R2的一端相连，二极管D8的正极端与瞬态抑制二极管TSS2的另一端相连，二极管D8的负极端与正温度系数热敏电阻R2的一端相连；所述第三防护模块包括正温度系数热敏电阻R1和正温度系数热敏电阻R2，所述正温度系数热敏电阻R1串联在USB+信号线上，所述正温度系数热敏电阻R1的另一端与第一USB端口相连，温度系数热敏电阻R2串联在USB-信号线上，所述正温度系数热敏电阻R的另一端与第二USB端口相连；所述第四防护模块包括二极管ESD1，二极管ESD1的一端接地，二极管ESD1的另一端与第一USB端口相连；所述第五防护模块包括二极管ESD2，二极管ESD2的一端接地，二极管ESD2的另一端与第二USB端口相连。

2.根据权利要求1所述的一种USB端口的防护电路，其特征在于所述第一级防护由半导体放电管和二极管阵列组成。

3.根据权利要求1所述的一种USB端口的防护电路，其特征在于所述第一级防护并联在USB信号线和地线之间。

4.根据权利要求1所述的一种USB端口的防护电路，其特征在于所述第二级防护由瞬态阻断单元TBU组成。

5.根据权利要求1所述的一种USB端口的防护电路，其特征在于所述第二级防护串联在USB信号线上。

6.根据权利要求1所述的一种USB端口的防护电路，其特征在于所述第三级防护由小功率ESD管组成。

7.根据权利要求1所述的一种USB端口的防护电路，其特征在于所述第三级防护并联在USB信号线和地线之间。