CN105720431A - 车载ecu中的usb接口保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载ECU中的USB接口保护装置。第一NMOS管的源极作为电源端，第一NMOS管的漏极连接第一防反二极管的阳极和第二NMOS管的漏极，第一NMOS管的栅极连接发光二极管的阴极、电压比较器的输出端和第二NMOS管的栅极，第二NMOS管的源极连接第二防反二极管的阴极并作为输出端，第一防反二极管的阴极连接第一电阻的一端和第一电容的一端，第一电阻的另一端连接电压比较器的反相输入端和第二电阻的一端，电压比较器的同相输入端连接第二防反二极管的阳极、第三电阻的一端以及第二电容的一端，第一电容的另一端、第二电容的另一端以及第二电阻的另一端接地，第三电阻的另一端用于接收参考电压，发光二极管的阳极用于接收供电电压。

Description

车载ECU中的USB接口保护装置

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种车载ECU中的USB接口保护装置。

背景技术

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（UniversalSerialBus）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。由于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，接口发生对电源或者对地短路时会损坏机体，因此有必要在接口部分提供一种保护电路，防止***损坏、避免引起安全事故。

发明内容

本发明所要解决的是车载USB电源接口对电源或者对地短路引起机体损坏的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种车载ECU中的USB接口保护装置，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一防反二极管、第二防反二极管、发光二极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及电压比较器；所述第一NMOS管的源极作为电源端，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一防反二极管的阳极和所述第二NMOS管的漏极，所述第一NMOS管的栅极连接所述发光二极管的阴极、所述电压比较器的输出端和所述第二NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的源极连接所述第二防反二极管的阴极并作为输出端，所述第一防反二极管的阴极连接所述第一电阻的一端和所述第一电容的一端，所述第一电阻的另一端连接所述电压比较器的反相输入端和所述第二电阻的一端，所述电压比较器的同相输入端连接所述第二防反二极管的阳极、所述第三电阻的一端以及所述第二电容的一端，所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端以及所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端用于接收参考电压，所述发光二极管的阳极用于接收供电电压。

可选的，所述参考电压不高于3.3V。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的车载ECU中的USB接口保护装置，能够自动探测USB输出端是否发生了对12V或者对地短路，仅用一个比较器来构成阈值可调的窗口比较器，实现了对USB供电电路的有效保护，防止USB接口发生对12V或者对地短路时损坏机体。并且，通过设置发光二极管，在USB接口发生对12V或者对地短路时所述发光二极管发光，便于用户判断短路故障。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的车载ECU中的USB接口保护装置的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

图1是本发明实施例的车载ECU中的USB接口保护装置的电路图，所述车载ECU中的USB接口保护装置包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一防反二极管D1、第二防反二极管D2、发光二极管D3、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及电压比较器A1。

具体地，所述第一NMOS管MN1的源极作为电源端VCC1，所述电源端VCC1上的电压为USB接口的内置电源电压，通常为5V。所述第一NMOS管MN1的漏极连接所述第一防反二极管D1的阳极和所述第二NMOS管MN2的漏极，所述第一NMOS管MN1的栅极连接所述发光二极管D3的阴极、所述电压比较器A1的输出端和所述第二NMOS管MN2的栅极，所述第二NMOS管MN2的源极连接所述第二防反二极管D2的阴极并作为输出端VCC2，所述第一防反二极管D1的阴极连接所述第一电阻R1的一端和所述第一电容C1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接所述电压比较器A1的反相输入端和所述第二电阻R2的一端，所述电压比较器A1的同相输入端连接所述第二防反二极管D2的阳极、所述第三电阻R3的一端以及所述第二电容C2的一端，所述第一电容C1的另一端、所述第二电容C2的另一端以及所述第二电阻R2的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端VCC3用于接收参考电压，所述发光二极管D3的阳极VCC4用于接收供电电压。对于一些功耗较大的USB设备，其连接的瞬间会将输出端VCC2的电压拉低，这期间输出端VCC2的电压将会位于3.3V与5V之间。如果此时所述电压比较器A1的同相输入端的电压大于3.3V，所述电压比较器A1会有发生误动作的风险。因此，通常将所述参考电压设置为不高于3.3V。

以下对本实施例的车载ECU中的USB接口保护装置的工作原理进行说明：

假设所述电压比较器A1的同相输入端电压为U+、反相输入端的电压为U-、输出端电压为Uo，所述第一防反二极管D1的正向压降为UD1，所述第二防反二极管D2的正向压降为UD2，所述第一防反二极管D1的阳极电位为Umid，有：U-=（Umid-UD1）×R1÷（R1+R2）。在正常工作情况下，U-＜U+，Uo为高电平，所述发光二极管D3不发光，所述第一NMOS管MN1和所述第二NMOS管MN2导通。下面按照所述输出端VCC2上电压值的大小分两种情况进行讨论：

（1）如果所述输出端VCC2的电压大于5V，由于所述第二防反二极管D2的方向截止作用，有：U+=3.3V。又因为所述第一NMOS管MN1和所述第二NMOS管MN2自带的快恢复二极管作用，所述输出端VCC2的电压与Umid相等。当U-＞U+时，所述电压比较器A1的输出电平发生反转，即：

Umid＞3.3×（R1+R2）÷R1+UD1。

设此时所述输出端VCC2的电压为VBUSH，可得：

VBUSH=3.3×（R1+R2）÷R1+UD1。

即当所述输出端VCC2的电压大于3.3×（R1+R2）÷R1+UD1时，所述电压比较器A1便会将两个NMOS管关断。

（2）如果所述输出端VCC2的电压小于3.3V，有：U+等于所述输出端VCC2的电压与UD2之和，Umid与电源端VCC1的电压（通常为5V）相等。当U-＞U+时，所述电压比较器A1的输出电平发生反转，设此时所述输出端VCC2的电压为VBUSL，有：

VBUSL=（5V-UD1）×R1÷（R1+R2）-UD2。

即当所述输出端VCC2的电压小于（5V-UD1）×R1÷（R1+R2）-UD2，所述电压比较器A1便会将两个NMOS管关断。

由上述分析可知，本实施例的车载ECU中的USB接口保护装置仅用一个电压比较器来构成阈值可调的窗口比较器，实现了对USB供电电路的有效保护。当输出端VCC2上连入的电压大于VBUSH或小于VBUSL时，所述电压比较器A1的输出将变为低电平，关断所述第一NMOS管MN1和所述第二NMOS管MN2，将电源端VCC1和输出端隔离开来。并且，通过设置所述发光二极管D3，输出端短路时所述发光二极管D3发光，提醒用户输出端发生短路故障。进一步，所述第一电容C1和所述第二电容C2可以维持所述电压比较器A1的输入端电压瞬时不变。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种车载ECU中的USB接口保护装置，其特征在于，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一防反二极管、第二防反二极管、发光二极管、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及电压比较器；

所述第一NMOS管的源极作为电源端，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一防反二极管的阳极和所述第二NMOS管的漏极，所述第一NMOS管的栅极连接所述发光二极管的阴极、所述电压比较器的输出端和所述第二NMOS管的栅极，所述第二NMOS管的源极连接所述第二防反二极管的阴极并作为输出端，所述第一防反二极管的阴极连接所述第一电阻的一端和所述第一电容的一端，所述第一电阻的另一端连接所述电压比较器的反相输入端和所述第二电阻的一端，所述电压比较器的同相输入端连接所述第二防反二极管的阳极、所述第三电阻的一端以及所述第二电容的一端，所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端以及所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端用于接收参考电压，所述发光二极管的阳极用于接收供电电压。

2.根据权利要求1所述的车载ECU中的USB接口保护装置，其特征在于，所述参考电压不高于3.3V。