保护USB的电源开关设计方案
USB保护电路的EMC设计
USB保护电路的EMC设计1.确定电路布局电路布局是EMC设计中的重要一环。
首先，需要将接地电路的尽可能短。
接地电路是消除电磁串扰的关键，良好的接地是保证设备EMC性能的基础。
其次，将高频信号线与低频信号线分离布局，减少彼此之间的相互干扰。
此外，还需要根据系统需求，合理布局各个电路模块，减少信号线的长度和走线面积。
2.适当选择滤波器滤波器的设计对于EMC起着至关重要的作用。
在USB保护电路中，常常需要使用滤波器来抑制高频噪声和滤除电源线上的电磁干扰。
常用的滤波器包括LC滤波器、Ferrite Beads和EMI滤波器等。
在选择滤波器时，需要根据系统的特点和需求，合理选择滤波器的参数和类型。
3.良好的接地设计良好的接地设计是EMC设计中的重要一环。
首先，需要构建星型接地系统，即将所有的接地点连接在一起，并与外部接地点相连接。
其次，需要采用大面积的接地层来减少环路面积，并且减少共模噪声的辐射和接收。
另外，还要注意将模拟和数字地线分离布局，减少相互之间的干扰。
4.抗干扰设计在USB保护电路的EMC设计中，抗干扰设计是重要的一环。
主要包括以下几个方面：首先，需要合理选择电容和电感元件，以增加抑制干扰的能力。
其次，需要适当加入屏蔽罩或屏蔽层，以减少电磁辐射和电磁感受。
另外，要合理设置地孔和电流回路，在设计中避免环路，减少电磁干扰。
5.可靠的布线设计布线设计也是EMC设计中的关键一环。
在USB保护电路中，需要合理规划信号线和电源线的走线路径，尽量减少信号线的长度和延迟。
此外，还要合理设计PCB板的层压结构，减少信号线的串扰和电磁辐射。
6.使用合适的材料和元件选择合适的材料和元件也是EMC设计中的重要一环。
例如，选择具有良好屏蔽性能的材料和元件，如磁性材料、屏蔽罩等，以减少电磁辐射和电磁感受。
另外，选择高频特性好的元件，如高频滤波器等，以提高系统的EMC性能。
总结起来，USB保护电路的EMC设计是确保设备电磁兼容性和可靠性的重要环节。
用于开关插座产品的USB充电部分的安全设计的研究报告
用于开关插座产品的USB充电部分的安全设计的研究报告本研究报告致力于对用于开关插座产品的USB充电部分的安全设计进行探究和解析。
作为生活中常见的电器使用设备，开关插座不仅需要满足稳定、可靠的电力输出需求，还需要兼顾USB充电的安全设计，保障用户的生命财产安全。
因此，我们将就开关插座USB充电部分的电源、电池及电路等多个方面，进行详细分析。
首先，安全的电源设计是开关插座USB充电部分的重要保障。
由于USB充电需要接入电源，因此电源是USB充电部分的基础与关键。
对于高质量的开关插座产品，它们通常会采用相对稳定、安全的电源，如三角插头、定频电源等，以满足电力输出的需求，同时还可以严格限制过充、过流的风险，保证用户安全可靠地充电。
其次，合适的电池设计对于开关插座USB充电部分的安全性也起到重要的保障作用。
一方面，优质充电器应当采用高品质、安全的锂电池，并对电池进行严格选材和品控审核，以保证安全性和稳定性。
另一方面，对于充电部分的电池，需要对充电器进行严格的过充、过充电流等测试，确保其正常充电的值范围，防止出现电池充电过快、过充等风险，在充电的过程中保证用户的安全。
最后，电路的安全设计也是开关插座USB充电部分不可缺少的部分。
合理的电路设计、零部件选择及品控质量检测等环节都有助于保证开关插座USB充电部分的安全性。
电路的合理设计和合适零部件的选取，能够保证充电器的整体工作稳定，同时还可有效预防过充、过温等危险。
品控检测则多从电路稳定性、电流等角度进行，如内部保护电路、过充保护技术等，对充电器进行工厂实测等，并利用报告结果进行优化改进，以便于更好地保证用户的充电安全。
总之，开关插座USB充电部分的安全设计涉及多种方面，如上所述：电源、电池及电路等，每一个环节都需要用心设计和严格把控，以保证开关插座产品的安全性和可靠性，保障用户生命财产安全。
在全球化和科技发展的今天，数据已经成为决策和竞争的重要工具。
从宏观经济到微观的数据分析，数据的应用和分析已经成为社会、政治、经济等各领域的重要支撑。
USB电路保护的设计考虑
37２００３．１１／下半月 ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎＥＣＮ ＨＩＧＨＬＩＧＨＴＳＥＣＮ精选１：可以基于成组或单独端口形式进行设计。
２：双模式集线器能够以自带电源或总线供电两种模式进行工作。
表１ ＵＳＢ器件的电路保护与电源切换要求在ＵＳＢ的功耗管理方面，ＵＳＢ备电流限流和／或电源切换功能。
开关可以用作过流保护措施。
在出现故障的情况下，而且有助于系统的安全性达到ＵＬ标准。
ＰＰＴＣ器件与熔断器类似之处，路不受过大电流的损伤。
它们与熔断器的区别在于：路电源被切断、故障排除以后，其自身能够复位。
的电源开关器件，其内部除了电源开关功能外，线器、双模式工作集线器和低功耗主控。
它们被用作防浪涌限流器件，同时具备电阻小、限流动作快等特点。
对于功耗受到严格限制的主机来说，这是一种实用的、经济性好的解决方案，在这类主机中，快速的限流响应能在故障条件下进一步减少系统的电压降，而且可通过对电源的开断控制来改善节能特性。
工业规范要求ＵＳＢ规范提出，ＵＳＢ产品需要具备电流限流或电源切换能力，有时甚至需要同时具备这两种能力（表１）。
需要限流功能的产品，其必须满足ＵＬ ６０９５０规范的要求。
这意味着一旦出现短路或者其他故障的话，必须在６０ｓ内将电流输出限制到５Ａ以下。
ＵＳＢ规范还定义了可接受的电压输出水平，对系统的总压降也作出了限制。
保护性电源开关技术ＵＳＢ电源总线上所用的保护性电源开关器件，是硅要经历两个步骤。
器件在数微秒内先“跳开”，把电流限制到一个预定的范围之内，该范围高于通常的工作电流；然后器件向控制器发出出现故障的信号。
然后控制器切换电源开关使能引脚的状态，从而将端口关闭。
如果控制器不作出响应，电源开关就不断开启和关闭端口，以防止内部因过热而受损。
关键性的器件参数ＵＳＢ应用中涉及的关键性器件参数包括：开关电阻、连续输出电流、跳脱动作时间（ｔｉｍｅ－ｔｏ－ｔｒｉｐ）、限流设定点、故障标志发出延迟（ｆａｕｌｔ ｆｌａｇ ｄｅｌａｙ）、限流释放点和跳脱点电流消耗（ｔｒｉｐｐｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｒａｗ）。
USB电路保护图
车载ECU的安全性能要求很高，在电气、物理、化学等各方面，各大汽车厂商通常都有自己严格的标准。
一般情况下，车载ECU的外部接口都要有各种故障保护电路，其中最重要的莫过于对车载12V电源或对地发生短路时的保护电路。
由于USB接口可以直接输出5伏电源，所以短路保护显得尤为重要。
本文设计的保护电路可以实现对USB电源输出线的有效保护，无论USB电源输出线VBUS发生对12V电源还是对地短路，均不影响车载ECU内部电路的正常工作，实现了本质安全级的短路保护。
1、前言为了保证行车安全，车载ECU的安全性能要求很高，在设计时便要保证故障发生率尽量低。
作为目前应用最为广泛的移动外设与主机间通讯接口，USB（Universal Serial Bus）具有成本低、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，在车载娱乐和存储设备上获得了广泛的应用。
因为USB接口提供了内置电源，可提供500mA以上的电流，对于一些功率较大的设备，如移动硬盘等，其瞬时驱动电流则可达到1A以上。
如果车载ECU上带有像USB总线这种可以直接输出电源的接口，为防止接口电路发生对电源或对地短路时损坏机体，其接口部分通常都应具有保护电路，以便执行故障自诊断和保护功能。
当系统产生故障时，它能在存储体中自动记录故障代码并采用保护措施，防止系统损坏，避免引起安全事故。
2、电路设计利用比较器并结合外围电路，本文设计了一种可以自动探测USB电源输出线是否发了对12V电源或地短路，并且可以在短路故障发生时自动切断电源供应的保护电路。
另外，如果探测到联接设备不在支持的USB设备之列，系统也可以借助本电路主动断开电源供应，并自动根据设备的连接状态实现对电源供应的控制。
具体电路如图1所示。
图1 USB VBUS短路保护电路图中MN1和MN2是USB电源通道上的两个MOSFET，用于控制5伏电源的输出，它们的G端都连接到比较器的输出端上。
比较器的正端电位值受3.3伏和VBUS共同影响，负端电位值由Umid通过电阻分压来决定，Umid的值总是与VCC5V和VBUS中的大者相同。
USB限流开关保护芯片,高达4.5A,5V-12V输入
管脚编号 1 2 3 4
Pin 名称 VIN VIN VIN VOVP
功能
电源输入引脚。通过连接来消除高频噪声
至少 0.1F MLCC 接地。
根据输入电压选择输出钳位电压。拉通过 Vp 到 Vp 的电阻连接到 Vp 或 Vp
通过将电阻接地或浮动 VOVP 引脚连接到低电平选择不同的输出箝位阈值。推
荐给用 0.1uF 电容器去耦该引脚。
2.5V-15V 输入，4.8A 限流开关
一般说明
PW1555 是一个可编程的限流开关，具有输入电压范围选择和输出电压钳位。集成保护 N 沟 FET 的极低 RDS（ON）有助于减少正常运行时的功率损耗。可编程软启动时间控制转换率在 启动期间的输出电压。独立启用控制允许复杂系统顺序控制。它集成了过热保护停机和歇斯 底里自我恢复。这种集成电路和小的 DFN3X3-10 封装面积提供了小的 PCB 面积应用。
6
SST
软启动时间程序引脚。将电容器接地至软启动程序。CSST 推荐配方&
软启动时间计算：
其中，TSS_DLT 是内部固定的默认软启动时间，大约 1.4ms，这意味着没有任 何外部 CST；IINT 是内部电流源，约 3.6uA。
7
EN
启用接口引脚。将其拉高以启用 IC。
8
VOUT
电源输出引脚。
9
应用
⚫ 服务器 ⚫ 服务 PC
⚫ 笔记本电脑 ⚫ 迷你键盘
典型应用电路
VOVP 引脚 4： 1,Low 接地：Vout：3.6V，Over 4V； 2,High 接输出：Vout：5V， Over 6V； 3,Open 悬空：Vout：12V，Over 14V； ILIM (A)= 11 / RADJ (KΩ)。RADJ=3.1K，ILIM=3.5A 最小电流限制为 1A。最大电流限制 4.5A
USB外设的电源设计
USB外设的电源设计USB（Universal Serial Bus）外设的电源设计需要考虑以下几个方面：电源供应、电源管理、电源保护等，下面将对这些方面进行详细介绍。
一、电源供应B总线供电：USB外设可以通过连接到计算机的USB接口来获取电源供应。
根据USB规范，每个USB接口的标准供电电流为500mA，即最大功率为2.5W。
因此，设计USB外设时需要确保其功耗在规定范围内，以避免对主机和其他设备造成供电不足的影响。
2.外部电源供应：如果USB外设的功耗超过了USB接口的供电能力，或者想要更加稳定和可靠的电源供应，可以考虑采用外部电源供应方式。
这种方式可以通过USB接口上的5V和GND引脚，连接外部电源适配器或电池。
设计时需要注意外部电源的电压和电流要符合USB规范，并采取电源滤波、稳压等措施来确保电源的质量和稳定性。
二、电源管理1.电源模式管理：USB外设在不同的工作状态下对电源的需求是不同的，设计时可以采用电源模式管理来实现功耗的优化。
例如，在设备处于空闲状态时可以进入低功耗模式，以减少能耗。
2.电源控制：为了进一步节省能耗，设计时可以对外设中的不同部分进行功率管理。
通过在合适的时候关闭或者降低一些模块的工作电压或频率，可以有效地减少功耗。
三、电源保护1.过压保护：设计时需要加入过压保护电路，以防止输入电压过高对外设造成损害。
可以采用过压保护芯片或者稳压芯片来监测和控制输入电压的范围。
2.过流保护：USB接口的标准供电电流为500mA，为了防止外设的过载，设计时需要考虑加入过流保护电路。
可以采用不同方案，如熔断、过流保护芯片等来实现过流保护。
3.短路保护：设计时还需要考虑加入短路保护电路，以防止外设出现短路情况时对电源或其他设备造成损害。
可以通过检测输出电流来判断是否发生短路，并及时切断电源。
4.温度保护：为了防止外设因过热而损坏，设计时可以加入温度传感器和保护电路，一旦温度超过设定阈值，及时采取措施来降低温度或者停止工作。
USB外设的电源设计是什么
USB外设的电源设计是什么USB外设电源的设计是怎么样的呢?那么下面就让店铺分享关于USB外设的内容，希望能够有所帮助。
USB外设相关技术规范根据目前通行的USB1.1规范，USB口可以5V±5%的电压为外部设备供电，但其输出功率不能超过2.25W，所以功耗较大的外设仍须自行配备电源而不在本文讨论范围之内。
另外，USB规范对外设电源电路的某些相关参数亦有具体规定，例如，为了防止外设接入USB口时的浪涌电流造成主机电源的“毛刺”，外设在接通瞬间从主机抽取的电量不得超过50mC，其电源输入端的旁路电容器容量应在10mF 以下。
又如，外设电源刚接通时，主机将外设一律作为低功耗装置看待，此时USB口的输出电流上限仅为100mA;须待外设向主机发出请求并经主机确认外设为高功耗装置之后，输出电流上限才会提升至其最大值500mA。
再如，USB规范允许外设处于“待机”状态并支持“远程唤醒”功能，不过此时外设的静态电流必须小于0.5mA(低功耗装置)或2.5mA(高功耗装置)。
所以，USB外设电源的设计要点，就是在符合USB规范的前提下，根据不同外部设备的要求，权衡各类电路结构的利弊，在性能、成本、体积等诸要素之间，确定一个恰当的平衡点。
根据目前通行的USB1.1规范，USB口可以5V±5%的电压为外部设备供电，但其输出功率不能超过2.25W，所以功耗较大的外设仍须自行配备电源而不在本文讨论范围之内。
另外，USB规范对外设电源电路的某些相关参数亦有具体规定，例如，为了防止外设接入USB口时的浪涌电流造成主机电源的“毛刺”，外设在接通瞬间从主机抽取的电量不得超过50mC，其电源输入端的旁路电容器容量应在10mF 以下。
又如，外设电源刚接通时，主机将外设一律作为低功耗装置看待，此时USB口的输出电流上限仅为100mA;须待外设向主机发出请求并经主机确认外设为高功耗装置之后，输出电流上限才会提升至其最大值500mA。
5V-USB开关电源充电器电路设计
5V-USB充电器电路图,有详细制作步骤文章出处： 发布时间： 2012-4-9 10:38:25 | 1958 次阅读 | 26次推荐 | 0条留言USB充电器套件，又名MP3/MP4充电器，输入AC160-240V,50/60Hz,额定输出：DC 5V 250mA （标签贴纸为500mA,如果要长期输出更大电流，请更换Q1为13003）。
MP3和MP4在全国范围大量流行，不过作为日常用品的充电器由于直接和220V高压相连，具有故障率较高，容易损坏的特点，特别是买到那些不成熟的产品后，真是苦不看言。
最后，受学校老师委托，我们联系到了一款成熟量产的充电器套件，现在一同给广大电子爱好者分享。
下面是对着实物绘制的电路原理图：（电路板上有多种元件安装方法，安装请与原理图、实物图为准，PCB板上有些元件孔是不要安装的，有些元件要装在别的元件孔上，这点请注意！）说明：为了简化电路，达到学习目地，图中用1欧的电阻F1起到保险丝的作用，用一个二极管D1完成整流作用。
接通电源后，C1会有300V左右的直流电压，通过R2给Q1的基极提供电流，Q1的发射极有R1电流检测电阻R1,Q1基极得电后，会经过T1的（3、4）产生集电极电流，并同时在T1的（5、6）（1、2）上产生感应电压，这两个次级绝缘的圈数相同的线圈，其中T1（1、2）输出由D7整流、C5滤波后通过USB座给负载供电；其中T1（5、6）经D6整流、C2滤波后通过IC1（实为4.3V稳压管）、Q2组成取样比较电路，检测输出电压高低；其中T1（5、6）、C3、R4还组成Q1三极管的正反馈电路，让Q1工作在高频振荡，不停的给T1（3、4）开关供电。
当负载变轻或者电源电压变高等任何原因导致输出电压升高时，T1（5、6）、IC1取样比较导致Q2导通，Q1基极电流减小，集电极电流减小，负载能力变小，从而导致输出电压降低；当输出电压降低后，Q2取样后又会截止，Q1的负载能力变强，输出电压又会升高；这样起到自动稳压作用。
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保护USB的电源开关设计方案
中心议题：USB开关电路的整体设计思路保护USB的电源开关设计方案
解决方案：电荷泵设计过流保护电路设计
1 引言通用串行总线（UniversalSerialBus）使PC机与外部设备的连接变得简单而迅速，随着计算机以及与USB相关便携式设备的发展，USB必将获得更广泛的应用。
由于USB具有即插即用的特点，在负载出现异常的瞬间，电源开关会流过数安培的电流，从而对电路造成损坏。
本文设计的USB电源开关采用自举电荷泵，为N型功率管提供2倍于电源的栅驱动电压。
在负载出现异常时，过流保护电路能迅速限制功率管电流，以避免热插拔对电路造成损坏。
2 USB开关电路的整体设计思路图1为USB电源开关的整体设计。
其中，VIN为电源输入，VOUT为USB的输出。
在负载正常的情况下，由电荷泵产生足够高的栅驱动电压，使NHV1工作在深线性区，以降低从输入电源（VIN）到负载电压（VOUT）的导通损耗。
当功率管电流高于1A时，Currentsense输出高电平给过流保护电路（Currentlimit）；过流保护电路通过反馈负载电压给电荷泵，调节电荷泵输出（VPUMP），从而使功率管的工作状态由线性区变为饱和区，限制功率管电流，达到保护功率管的目的。
当负载恢复正常后，Currentsense输出低电平，电荷泵正常工作。
图1 USB电源开关原理图3 电荷泵设计
图2为一种自举型（SelfBoost）电荷泵的电路原理图。
图中，为时钟信号，控制电荷泵工作。
初始阶段电容，C1和功率管栅电容CGATE上的电荷均为零。
当为低电平时，MP1导通，为C1充电，V1电位升至电源电位，V2电位增加，MP2管导通。
假设栅电容远大于电容C1,V2上的电荷全部转移到栅电容CGATE上。
当为高电平时，MN1导通，为C1左极板放电，V1电位下降至地电位，V2电位下降，MP2管截止，MN2管导通，给电容C1右极板充电至VIN。
在的下个低电平时，V1电位升至电源电位，V2电位增加至2VIN,MP2管导通，VPUMP电位升至2VIN-VT。
图2 自举电荷泵原理图
自举电荷泵不需要为MN2和MP2提供栅驱动电压，控制简单，但输出电压会有一个阈值损失。
图3是改进后的电荷泵电路图，1和2为互补无交叠时钟。
由MN2、MN5、MP3、MP2和电容C2组成的次电荷泵为MN4、MP4提供栅压，以保证其完全关断和开启。
当1为低电平时，MP1导通，电位增加，此时，V3电位为零，MP4导通，V2上的电荷转移到栅电容CGATE上，VPUMP 电位升高。
当1为高电平时，MP2导通，为C2充电，V4电位上升至电源电位，V3电位随之上升，MP3导通，VPUMP电位继续升高。
MN3相当于二极管，起单向导电的作用。
在VPUMP电压升高到VIN+VT以后，MN3隔离V3到电源的通路，保证V3的电荷由MP3全部充入栅电容。
这样，C1和C2相互给栅电容充电，若干个时钟周期后，电荷泵输出电压接近两倍电源电压。
在电荷泵输出电压升高的过程中，功率管提供的负载电流逐渐上升，避免在容性负载上引起浪涌电流。
图3 改进后的电荷泵
4 过流保护电路设计当出现过载和短路故障时，负载电流达到数安培，需要精确的限流电路为功率管和输入电源提供保护。
对于MOS器件，只有工作在饱和区时的电流容易控制。
限流就是通过反馈负载电压，调节电荷泵输出电压来实现的。
图4是限流电路的原理图。
图4 限流电路原理图
N型功率管NHV的源与P型限流管MP6的栅相接，N型功率管NHV的栅与P型限流管MP6的源相接。
从而达到控制功率管栅源压降的目的。
当负载电流超过1A时，电流限信号（VLIMIT）为高电平，MN7导通，栅电荷经MP6流向地，栅电压减小，功率管工作在饱和区。
C1、C2为电荷泵电容值，在一个时钟周期T内，由电荷泵充入的栅电荷为：当功率管栅压稳定时，电荷泵充入的栅电荷等于限流管放掉的栅电荷。
限流管泄放电流为：得功率管和限流管的电流
关系：式中，VTP和VTN分别是P型管和N型管阈值电压，M为N型功率管的并联数。
通过设置NHV和MP6宽长比、功率管的并联个数、电荷泵的时钟周期以及电荷泵的电容值，就可以确定功率管的电流。
当负载恢复正常后，电流限信号（VLIMIT）为低电平，MN7截止，电荷泵正常工作，为功率管提供2倍于电源的栅驱动电压。
这种过流保护电路通过MP6泄放功率管的栅电荷，易实现限流功能，适用于N型功率管的电源开关。
5 仿真结果与讨论图5为负载正常情况下负载输出电压和功率管电流的仿真波形。
电源电压为5V,C1、C2电容值为1pF,时钟周期为40s,NHV和MP6宽长比的比值为300,功率管的并联个数为1103。
采用0.6m30VBCD 工艺，在典型条件下，用HSPICE对整体电路仿真。
由波形可以看出，在1ms内，负载输出电压逐渐上升，功率管电流没有过冲，启动时间为1.7ms。
3ms后，功率管完全开启，为负载提供电源。
图5 启动时功率管电流和负载输出电压
表1为限流电路工作时功率管的平均栅电压和平均电流。
图6为USB开关启动8ms后负载短路到恢复正常的仿真结果。
USB开关在负载正常情况下启动，8ms后负载短路，负载电流过冲到3.1A。
当过流保护电路工作后，过流保护电路将电流限制在0.3A,保护了USB端口。
16ms 后，负载恢复正常，电源开关重新启动。
表1 限流时功率管平均栅电压和平均电流
图6 USB开关在启动、限流和恢复正常过程中，电荷泵输出电压、负载输出电压和功率管电流的仿真波形
6 结论本文设计了一种满足USB规范的电源开关。
一种结构简单的自举电荷泵为N型功率管提供栅驱动电压，以降低开关的导通损耗。
精确的限流电路针对过载和短路故障，对输入电源提供保护。
仿真结果表明，在负载短路瞬间，限流电路能够有效地减小过冲电流，并能把电流限制在0.3A,达到保护USB端口的目的。