USB 3.0的電路保護(hù)方案

在所有這些應(yīng)用中，高分子聚合物正溫度系數(shù)器件(PPTC)為USB過流保護(hù)提供了最具性價(jià)比的解決方案。PPTC器件可用于USB 3.0主機(jī)應(yīng)用、USB 3.0集線器應(yīng)用、USB充電器應(yīng)用，以及USB 3.0 Powered-B連接器應(yīng)用中的電流限流保護(hù)。在USB電源的VBUS端口安裝的PPTC PolySwitch器件可在短路時(shí)限流，防止因下游電路突然短路造成的過流損壞，并有助于實(shí)現(xiàn)UL60950標(biāo)準(zhǔn)。

USB電源端口上的過壓保護(hù)

盡管USB定義了電源總線，但這并沒有消除與過壓相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。過壓事件可由一系列失效條件導(dǎo)致，包括用戶錯(cuò)誤、穩(wěn)壓很差的第三方電源、熱拔出事件和電感瞬變等。接口和充電系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生負(fù)電壓，這會(huì)導(dǎo)致未受保護(hù)的外部設(shè)備受損。盡管USB 2.0 電源的標(biāo)稱誤差為5V±5%，但許多采用USB 2.0接口的大規(guī)模系統(tǒng)仍被設(shè)計(jì)成可承受16V甚至28V電壓(連續(xù))。

由于USB 3.0提高了正常工作電流及其上限，因此，針對(duì)傳統(tǒng)0.5A 端口設(shè)計(jì)的過壓保護(hù)器件可能就不太適合用于保護(hù)新的每端口0.9A的USB 3.0接口。當(dāng)一個(gè)0.9A主機(jī)拔出時(shí)，高壓感應(yīng)尖峰就會(huì)產(chǎn)生，它可能會(huì)損壞總線上的其它設(shè)備。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的總線將能吸收這些尖峰電壓，從而保護(hù)設(shè)備免受尖峰電壓的損害。

泰科電子的內(nèi)部測(cè)試顯示，熱插拔引起的瞬態(tài)電壓盡管非常短暫，但電壓值可超過16～24V。內(nèi)部測(cè)試還發(fā)現(xiàn)，開路電壓大幅超過USB規(guī)范要求(5V±5%)的第三方充電器，可能對(duì)敏感的電子設(shè)備構(gòu)成威脅。將過壓保護(hù)器件(如PolyZen聚合物保護(hù)齊納二極管器件)放置在所有USB供電設(shè)備的電源輸入端(特別是在VBUS端口)，有助于保護(hù)設(shè)備免遭過壓事件造成的損壞。

對(duì)于USB 3.0設(shè)備，PolyZen器件可安裝在USB輸入端口的VBUS上、Powered-B插頭的DPWR端口、桶形插座電源端口、以及USB集線器的VBUS輸入端。

必須注意，USB 3.0不再支持總線供電集線器而僅支持自供電集線器。在USB 3.0應(yīng)用中，需要一個(gè)電源來(lái)為集線器的所有端口供電。如果在集線器的輸入端使用一個(gè)直流電源連接器，那么就必須安裝一個(gè)電路保護(hù)器件來(lái)保護(hù)集線器免受過壓事件的損害，如未穩(wěn)流或錯(cuò)誤電源、反向電壓和瞬態(tài)電壓。

圖2顯示了如何在VBUS上安裝PolyZen器件以及在一個(gè)典型USB電路上安裝6個(gè)低電容值PESD器件，才能幫助提供綜合過壓保護(hù)方案。

圖2：綜合的設(shè)備側(cè)過壓保護(hù)解決方案。

ESD保護(hù)

瞬態(tài)過壓經(jīng)常是由ESD引起的，它可能會(huì)出現(xiàn)在電源總線和數(shù)據(jù)線上。盡管現(xiàn)代IC可對(duì)抗高達(dá)2000V的高壓，但人體很容易產(chǎn)生出高達(dá)25000V的靜電。在I/O端口保護(hù)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)線上的ESD器件必須具備以下特性：快速箝位、快速恢復(fù)響應(yīng)和極低電容值。