一種可自恢復的usb接口過負載電源保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種可自恢復的USB接口過負載電源保護電路，其解決了現(xiàn)有USB接口過載電源保護裝置成本高、不能自恢復、不能區(qū)分熱插拔形成的大瞬時電流的技術問題，其包括相互連接的電源開關單元、過流檢測單元、第一熱插拔瞬時大電流濾除單元、第二熱插拔瞬時大電流濾除單元和熱插拔瞬時大電流旁路單元，過流檢測單元用于檢測過負載時的大電流，并將電流信號轉換成電壓信號；電源開關單元用于切斷或接通電源，接收過流檢測單元輸出的電壓信號，該電壓信號作為控制信號來控制切斷動作或接通動作；第一熱插拔瞬時大電流濾除單元和第二熱插拔瞬時大電流濾除單元用于將熱插拔時的瞬時大電流濾除。本實用新型廣泛應用在USB接口的電源保護。
【專利說明】—種可自恢復的USB接口過負載電源保護電路

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種過負載保護電路裝置，特別是涉及一種可自恢復的USB接口過負載電源保護電路。

【背景技術】
[0002]隨著USB在電子產(chǎn)品中的應用越來越廣泛，USB負載設備也越來越大。但USB接口設備的負載能力有限，當USB負載超過接口負載能力時，往往會造成其電源電路的損壞。因此對USB接口的電源保護有重大實用價值。同時，由于USB接口支持熱插拔，在熱插拔瞬間會形成較大的瞬時電流，而這一瞬時電流持續(xù)時間較短，一般不會造成電源損壞，所以在熱插拔瞬間不需要對電源進行保護。因此，USB電源保護需要對過負載和熱插拔形成的大瞬時電流區(qū)別對待。目前解決這一問題的方法有三種，一是采用集成過載電源保護芯片實現(xiàn)，其缺點是成本高；二是采用保險絲，缺點是不可恢復且不能區(qū)分熱插拔和過負載；三是采用類保險類器件，也不能區(qū)分熱插拔和過負載。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型為了解決現(xiàn)有USB接口過載電源保護裝置成本高、不能自恢復、不能區(qū)分熱插拔形成的大瞬時電流的技術問題，提供一種結構簡單、成本低、具有自恢復功能、能夠區(qū)分熱插拔形成的大瞬時電流的可自恢復的USB接口過負載電源保護電路。
[0004]本實用新型提供的可自恢復的USB接口過負載電源保護電路，包括電源開關單元、過流檢測單元、第一熱插拔瞬時大電流濾除單元、第二熱插拔瞬時大電流濾除單元和熱插拔瞬時大電流旁路單元，第一熱插拔瞬時大電流濾除單元連接于電源開關單元和過流檢測單元之間，第二熱插拔瞬時大電流濾除單元連接于過流檢測單元和USB負載設備之間；熱插拔瞬時大電流旁路單元連接于電源開關單元和第二熱插拔瞬時大電流濾除單元之間；
[0005]過流檢測單元用于檢測過負載時的大電流，并將電流信號轉換成電壓信號；
[0006]電源開關單元用于切斷或接通電源，接收過流檢測單元輸出的電壓信號，該電壓信號作為控制信號來控制切斷動作或接通動作；
[0007]熱插拔瞬時大電流旁路單元用于為熱插拔形成的瞬時電流提供旁路；
[0008]第一熱插拔瞬時大電流濾除單元和第二熱插拔瞬時大電流濾除單元用于將熱插拔時的瞬時大電流濾除。
[0009]優(yōu)選地，電源開關單元包括第一開關管、第二開關管、第二開關管的集電極接電源，第二開關管的基極通過第二電阻接電源，第二開關管的基極與第一開關管的集電極連接，第一開關管的發(fā)射極接地，第一開關管的發(fā)射極與基極之間連接有第四電阻，第四電阻兩端并聯(lián)有第四電容；
[0010]過流檢測單元包括運算放大器、第一電阻、第五電阻和第六電阻，運算放大器的輸出端通過第三電阻與第一開關管的基極連接，運算放大器的輸出端與運算放大器的正向輸入端連接有第七電阻，運算放大器的反向輸入端通過第八電阻接地；
[0011]第一熱插拔瞬時大電流濾除單元包括第二電感和第二電容，第二熱插拔瞬時大電流濾除單元包括第一電感和第一電容，熱插拔瞬時大電流旁路單元包括第三電容；第二電感的一端與第二開關管的發(fā)射極連接，另一端與第一電阻的一端連接；第一電阻的另一端與第一電感的一端連接，第一電感的另一端通過第三電容與第二開關管的集電極連接；
[0012]第二電感和第一電阻之間的節(jié)點通過第五電阻與運算放大器的正向輸入端連接，同時第二電感和第一電阻之間的節(jié)點通過第二電容接地；第一電感和第一電阻之間的節(jié)點通過第六電阻與運算放大器的反向輸入端連接，同時第一電感和第一電阻之間的節(jié)點通過第一電容接地。
[0013]優(yōu)選地，第一電阻的阻值是0.1 Ω。
[0014]本實用新型的有益效果是，采用基本電路分立元件實現(xiàn)USB協(xié)議要求的過負載電源保護功能，并能正常提供熱插拔需要的大瞬時電流，對過負載和熱插拔形成的大瞬時電流區(qū)別對待。電路還具有自恢復功能。由于采用分立元件設計，電路通用性好，結構簡單、成本低，且易于實現(xiàn)和改進。
[0015]本實用新型進一步的特征，將在以下【具體實施方式】的描述中，得以清楚地記載。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的原理框圖；
[0017]圖2是本實用新型的電路原理圖。
[0018]附圖符號說明:
[0019]1.電源開關單元，2.過流檢測單元，3.熱插拔瞬時大電流旁路單元，4.電源，
5.USB負載設備，6.第一熱插拔瞬時大電流濾除單元，7.第二熱插拔瞬時大電流濾除單元，Rl.第一電阻，R2.第二電阻，R3.第三電阻，R4.第四電阻，R5.第五電阻，R6.第六電阻，R7.第七電阻，R8.第八電阻，Cl.第一電容，C2.第二電容，C3.第三電容，C4.第四電容，L1.第一電感，L2.第二電感，N1.運算放大器，Tl.第一開關管，T2.第二開關管，VBUS為USB接口的電源連接端，其向USB負載設備提供直流電源。

【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本實用新型包括電源開關單元1、過流檢測單元2、第一熱插拔瞬時大電流濾除單元6、第二熱插拔瞬時大電流濾除單元7、和熱插拔瞬時大電流旁路單元3，電源4依次通過電源開關單元1、第一熱插拔瞬時大電流濾除單元6、過流檢測單元2、第二熱插拔瞬時大電流濾除單元7與USB負載設備5連接,第一熱插拔瞬時大電流濾除單元6連接于電源開關單元I和過流檢測單元2之間，第二熱插拔瞬時大電流濾除單元7連接于過流檢測單元2和USB負載設備5之間。熱插拔瞬時大電流旁路單元3連接于電源開關單元I和第二熱插拔瞬時大電流濾除單元7之間。
[0021]過流檢測單元2用于檢測過負載時的大電流，并將電流信號轉換成電壓信號。
[0022]電源開關單元I用于切斷或接通電源4，接收過流檢測單元2輸出的電壓信號，該電壓信號作為控制信號來控制切斷動作或接通動作。
[0023]熱插拔瞬時大電流旁路單元3用于為熱插拔形成的瞬時電流提供旁路；
[0024]第一熱插拔瞬時大電流濾除單元6和第二熱插拔瞬時大電流濾除單元7用于將熱插拔時的瞬時大電流濾除。
[0025]如圖2所示，具體電路結構包括第一開關管Tl、第二開關管T2和運算放大器NI，運算放大器NI的反向輸入端IN-通過第八電阻R8接地，運算放大器NI的正向輸入端IN+分別與第五電阻R5的一端、第七電阻R7的一端連接。第五電阻R5的另一端與第二電容C2的一端連接，第二電容C2的另一端接地。第七電阻R7的另一端通過第三電阻R3與第一開關管Tl的基極連接。運算放大器NI的輸出端OUT與第三電阻R3和第七電阻R7之間的節(jié)點連接。
[0026]第一開關管Tl的基極通過第四電阻R4接地，第四電容C4并聯(lián)在第四電阻R4兩端。第一開關管Tl的發(fā)射極接地，第一開關管Tl的集電極與第二開關管T2的基極連接。第二開關管T2的集電極接5V電源VCC，第二開關管T2的基極通過第二電阻R2接5V電源VCC。
[0027]第二開關管T2的發(fā)射極與第二電感L2的一端連接，第二電感L2的另一端與第一電阻Rl的一端連接，第一電阻Rl的另一端與第一電感LI的一端連接,第一電感LI的另一端與USB接口的VBUS端連接。
[0028]第五電阻R5和第二電容C2之間的節(jié)點與第二電感L2和第一電阻Rl之間的節(jié)點連接，第一電感LI和第一電阻Rl之間的節(jié)點通過第一電容Cl接地。
[0029]運算放大器NI的反向輸入端IN-通過第六電阻R6與第一電感LI和第一電阻Rl之間的節(jié)點連接。
[0030]第二開關管T2的集電極通過第三電容C3與USB接口的VBUS端連接，即第二開關管T2的集電極通過第三電容C3與第一電感LI連接。
[0031]各個器件的具體選型舉例:
[0032]第一電阻Rl的阻值是0.1Ω，第二電阻R2的阻值4.7kΩ，第三電阻R3的阻值
4.7k Ω，第四電阻R4的阻值4.7k Ω，第五電阻R5的阻值Ik Ω，第六電阻R6的阻值Ik Ω，第七電阻R7的阻值12k Ω，第八電阻R8的阻值12k Ω。
[0033]第一電容Cl的容值是100 μ F，第二電容C2的容值是100 μ F，第三電容C3的容值是100 μ F，第四電容C4的容值是0.1 μ F。
[0034]第一電感LI的電感值10 μ H，第二電感L2的電感值10 μ H。
[0035]第一開關管Tl可以是三極管，可以選擇2Ν6288型號的。第二開關管Τ2可以是三極管，可以選擇ΙΝ3904型號的。
[0036]運算放大器NI可以選擇LM358型號的。
[0037]第一電阻Rl用于將電路中的電流大小轉化為電壓大小:其兩端的電壓通過第五電阻R5、第六電阻R6連接到運算放大器NI的正向輸入端和反向輸入端。此電壓經(jīng)運算放大器NI放大后通過第一開關管Tl控制第二開關管Τ2的通斷。
[0038]當負載過大時，第一電阻Rl上通過的電流達到IA以上，第一開關管Tl接通，功率開關管Τ2關斷，保護了電源。
[0039]功率開關管Τ2關斷后，第一電阻Rl上通過的電流上通過的電流減小到0Α，運算放大器NI的輸出電壓減小，此時第二開關管Τ2又會接通，實現(xiàn)了自恢復。但由于在第一開關管Tl的基極接有第四電容C4，第二開關管Τ2接通會延時。
[0040]為了保證電路在熱插拔時不關斷，增加了第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一電感LI和第二電感L2。其中第三電容C3為熱插拔形成的瞬時電流提供旁路，第一電容Cl、第一電感LI和第二電容C2、第二電感L2對通過第一電阻Rl的電流進行濾波，以濾除熱插拔形成的瞬時大電流，保證熱插拔時第二開關管T2不關斷，保持供電。
[0041 ] 本實用新型適合USB2.0、USB3.0等USB接口設備。
[0042]以上所述元器件型號和大小僅對本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，元器件型號和大小可以有各種更改和變化。凡是在本實用新型的權利要求限定范圍內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種可自恢復的USB接口過負載電源保護電路，其特征在于，包括電源開關單元、過流檢測單元、第一熱插拔瞬時大電流濾除單元、第二熱插拔瞬時大電流濾除單元和熱插拔瞬時大電流旁路單元，所述第一熱插拔瞬時大電流濾除單元連接于所述電源開關單元和所述過流檢測單元之間，所述第二熱插拔瞬時大電流濾除單元連接于所述過流檢測單元和USB負載設備之間；所述熱插拔瞬時大電流旁路單元連接于所述電源開關單元和所述第二熱插拔瞬時大電流濾除單元之間； 所述過流檢測單元用于檢測過負載時的大電流，并將電流信號轉換成電壓信號； 所述電源開關單元用于切斷或接通電源，接收所述過流檢測單元輸出的電壓信號，該電壓信號作為控制信號來控制切斷動作或接通動作； 所述熱插拔瞬時大電流旁路單元用于為熱插拔形成的瞬時電流提供旁路； 所述第一熱插拔瞬時大電流濾除單元和所述第二熱插拔瞬時大電流濾除單元用于將熱插拔時的瞬時大電流濾除。
2.根據(jù)權利要求1所述的可自恢復的USB接口過負載電源保護電路，其特征在于: 所述電源開關單元包括第一開關管、第二開關管、所述第二開關管的集電極接電源，所述第二開關管的基極通過第二電阻接電源，所述第二開關管的基極與所述第一開關管的集電極連接，所述第一開關管的發(fā)射極接地，所述第一開關管的發(fā)射極與基極之間連接有第四電阻，所述第四電阻兩端并聯(lián)有第四電容； 所述過流檢測單元包括運算放大器、第一電阻、第五電阻和第六電阻，所述運算放大器的輸出端通過第三電阻與所述第一開關管的基極連接，所述運算放大器的輸出端與所述運算放大器的正向輸入端連接有第七電阻，所述運算放大器的反向輸入端通過第八電阻接地； 所述第一熱插拔瞬時大電流濾除單元包括第二電感和第二電容，所述第二熱插拔瞬時大電流濾除單元包括第一電感和第一電容，所述熱插拔瞬時大電流旁路單元包括第三電容；所述第二電感的一端與所述第二開關管的發(fā)射極連接，另一端與所述第一電阻的一端連接；所述第一電阻的另一端與所述第一電感的一端連接，所述第一電感的另一端通過所述第三電容與所述第二開關管的集電極連接； 所述第二電感和所述第一電阻之間的節(jié)點通過所述第五電阻與所述運算放大器的正向輸入端連接，同時所述第二電感和所述第一電阻之間的節(jié)點通過所述第二電容接地；所述第一電感和所述第一電阻之間的節(jié)點通過所述第六電阻與所述運算放大器的反向輸入端連接，同時所述第一電感和所述第一電阻之間的節(jié)點通過所述第一電容接地。
3.根據(jù)權利要求2所述的可自恢復的USB接口過負載電源保護電路，其特征在于，所述第一電阻的阻值是0.1Ω。
【文檔編號】H02H3/08GK204030546SQ201420456380
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權日:2014年8月8日
【發(fā)明者】陳杰, 侯睿, 薛榮輝, 雷新穎 申請人:陳杰