CN201142049Y - Usb保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种USB保护电路，包括USB接口、供电电源和一过流检测控制电路，所述过流检测控制电路的输入端连接所述的供电电源，输出端连接所述USB接口的电源引脚，并对其输出端电流进行检测，在所述电流超过设定值时阻断其输出端的输出。实施本实用新型不仅可以起到有效保护外部USB设备的作用，同时也可以保证主机***中的电路免受损坏，有助于提升主机***的整机性能和品质。与此同时，通过接收用户的通道切换指令或者采用检测USB接口上是否有设备***的方式来控制供电电源的输出，使其仅在有外部USB设备***时为其提供直流供电，从而有效节约了能源，降低了整机的功率损耗。

Description

USB保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种USB接口电路的改进，具体地说，是涉及一种对主机和USB设备起到保护作用的USB接口保护电路。

背景技术

随着USB数据传输技术的日益普及应用，越来越多的电子设备都选择配置USB接口来实现其与外部设备之间数据的传输通信。目前，主机***给USB设备供电都采用直接供电的方式，这种供电方式没有施加任何的保护和检测功能，这样一来，一旦USB接口电路或者USB设备出现异常，就会给USB设备和整个主机***造成损坏。比如在USB设备占用电流过多的情况下，会造成主机***电压降低，从而影响整个***的正常工作，大大降低了主机***的性能和品质。

中国专利申请CN 200520047647.6公开了一种USB接口过流报警指示***，提供了一种对USB接口进行保护的电路结构，但是该电路只能在USB接口出现异常时给出报警指示，而不能及时切断USB接口的供电，从而不能从根本上起到有效保护USB设备的作用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种USB接口的保护电路，通过对流过USB接口的电流进行检测，在USB设备出现异常时及时切断主机向USB设备的供电，以起到保护USB设备和整个主机***的作用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种USB保护电路，包括USB接口、供电电源和一过流检测控制电路，所述过流检测控制电路的输入端连接所述的供电电源，输出端连接所述USB接口的电源引脚，并对其输出端电流进行检测，在所述电流超过设定值时阻断其输出端的输出。

进一步的，在所述过流检测控制电路中包含有一电源管理芯片和一处理器，所述电源管理芯片的输入端连接所述的供电电源，输出端连接所述USB接口的电源引脚，在检测到输出端电流超过设定值时通过其故障信号端输出故障信号至所述的处理器，所述处理器的开关控制信号输出引脚连接所述电源管理芯片的开关控制端，在接收到故障信号时控制所述电源管理芯片关断其输出端的输出。其中，所述电源管理芯片的开关控制端可以选择其使能端实现。

当然，所述的过流检测控制电路也可以采用以下结构实现：包含一过流检测电路、一开关电路和一处理器，所述开关电路的输入端连接所述的供电电源，输出端连接所述USB接口的电源引脚，开关控制端连接所述过流检测电路的输出端；所述过流检测电路的采样输入端连接所述USB接口的电源引脚，在检测到流过所述电源引脚的电流超过设定值时输出故障信号，控制所述开关电路关断。此外，所述开关电路的开关控制端同时连接所述处理器的开关控制信号输出引脚。

再进一步的，所述处理器通过其输入引脚接收用户发出的是否切换至USB设备的操作指令，进而根据所述操作指令确定其开关控制信号输出引脚输出电位的状态。为了达到节约能源的目的，所述处理器仅在接收到用户发出的切换至USB设备的操作指令时输出开控制信号，以实现给外部USB设备的供电。

当然，也可以采用在USB接口上设置检测是否有外部USB设备***的开关模块来实现对USB接口供电的控制。其中，所述开关模块的检测信号输出端子连接所述处理器的输入引脚，所述处理器根据其输入引脚接收到的检测信号确定其开关控制信号输出引脚输出电位的状态，并且仅在所述开关模块检测到有外部USB设备***时输出开控制信号，以避免能源浪费。

具体来讲，所述开关模块可以采用一常开式机械开关实现，其一端连接直流电源，另一端连接所述处理器的输入引脚，在有外部USB设备***时，触发开关闭合，以实现向处理器输出高电位的检测信号。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型通过对流过USB接口的电流进行检测，并在检测到此电流超过某一预定值时自动切断对USB接口的供电，不仅可以起到有效保护外部USB设备的作用，同时也可以保证主机***中的电路免受损坏，有助于提升主机***的整机性能和品质。与此同时，通过控制供电电源仅在有外部USB设备***时为其提供直流供电，从而有效节约了能源，降低了整机的功率损耗。

附图说明

图1是本实用新型所提出的USB保护电路的一种实施例的电路原理图；

图2是本实用新型所提出的USB保护电路的另一种实施例的电路原理图；

图3是应用在USB接口上对外部设备的***状态进行检测的开关模块的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地描述。

本实用新型所提出的USB保护电路，其发明目的包括两个：其一是在USB设备与主机***连接上以后，通过主机***自动检测USB设备的工作情况，具体可采用检测流过USB接口的电流是否超过设定值的方式实现。当主机***发现USB设备出现异常时，立即切断向USB设备的供电，以起到保护USB设备和保证主机***正常运行的目的。其二是在USB接口上没有插接USB设备时，主机不向USB接口供电，只有当USB接口上接有USB设备时，主机才向USB接口提供直流供电，以此达到节约能源的目的。

为了实现上述发明目的，本实用新型在主机***的供电电源和USB接口之间增设了一个过流检测控制电路，该控制电路在USB接口上接有USB设备时打开供电电源与USB接口电路之间的通路；反之，当USB接口上没有外接USB设备时，该控制电路切断供电电源与USB接口电路之间的通路，以实现节约能源的目的；与此同时，在USB接口上接有USB设备时，所述控制电路对流过USB接口上的电流进行检测，一旦该电流大于某一设定值时，该控制电路切断供电电源和USB接口电路之间的通路，以达到保护USB设备和主机***的目的。

所述过流检测控制电路可以采用多种结构形式实现，下面通过实施例一、二具体阐述两种实现方式。

实施例一，参见图1所示，在本实施例中，所述的过流检测控制电路采用一个电源管理芯片U1和一个处理器连接而成。所述电源管理芯片U1的输入端IN通过由电感FB2和电容C1～C4组成的LC滤波网络连接为USB接口提供工作电压的+5V供电电源+5V_SW，输出端OUT通过并联接地的滤波电容C5～C7连接USB接口的电源引脚VBUS，并且通过发光二极管D1和分压电阻R26的串联支路接地，以实现在外部USB设备***时进行发光指示。所述的电源管理芯片U1具有对其输出端OUT电流进行检测的功能，在检测到其输出端OUT电流超过其内部设定值时，电源管理芯片U1通过其故障信号端FLG输出低电平有效的故障信号，否则输出高电平信号，传输至所述的处理器。所述处理器根据接收到的高低电平信号，判断USB设备是否出现异常，进而确定其开关控制信号输出引脚输出电平的高低状态。所述开关控制信号传输至电源管理芯片U1的开关控制端，以控制电源管理芯片U1是否阻断其输出端OUT的输出。其中，所述的电源管理芯片U1可以采用型号为MIC2025的集成芯片实现，其开关控制端可以选择其低电平有效的使能端EN实现。在处理器接收到低电平故障信号时，通过其开关控制信号输出引脚输出高电平信号至所述电源管理芯片U1的使能端EN，控制电源管理芯片U1处于不工作状态，从而切断其输入端IN和输出端OUT之间的通路，以停止向USB接口的供电，达到保护USB设备和维持主机***正常运行的目的。

另外，为了实现仅在有外部USB设备***时为其提供工作电压，以达到节约能源的目的，在本实施例中，所述的处理器通过其输入引脚接收用户发出的是否切换至USB设备的操作指令，进而根据所述操作指令确定其开关控制信号输出引脚输出电位的状态。当处理器接收到用户发出的切换至USB设备的操作指令时，通过其开关控制信号输出引脚输出低电平信号，即ON控制信号至所述电源管理芯片U1的使能端EN，以控制电源管理芯片U1正常工作，连通其输入端IN和输出端OUT之间的通路，通过USB接口的电源引脚VBUS为外部USB设备的提供直流供电，以完成主机与外部USB设备之间的数据传输通信。而在处理器没有接收到用户发出的切换至USB设备的操作指令时，处理器输出高电平OFF信号至电源管理芯片U1的使能端EN，使电源管理芯片U1停止工作，切断其输出端OUT的电压输出，达到节能降耗的目的。

实施例二，参见图2所示，在本实施例中，所述的过流检测控制电路可以由开关电路U2、过流检测电路U3和一个处理器组成。其中，开关电路U2的输入端IN连接所述的供电电源+5V_SW，输出端OUT连接USB接口的电源引脚VBUS，开关控制端CON连接所述过流检测电路U3的输出端Vout。所述过流检测电路的采样输入端Vin连接USB接口的电源引脚VBUS，在检测到流过所述电源引脚VBUS的电流超过设定值时输出低电平故障信号，控制所述开关电路U2关断，以停止向外部USB设备的供电。

所述的开关电路U2可以采用三极管、MOS管、继电器或者集成开关芯片等多种形式实现，本实用新型对此不进行具体限制。而所述的过流检测电路U3也可以采用目前常见的多种结构形式实现，比如在USB接口的电源引脚VBUS连接分压电阻网络，其分压节点连接一比较器的反相输入端，所述比较器的同相输入端连接参考电压，即设定值。在通过USB接口的电流正常时，比较器的同相输入端电压高于其反相输入端电压，比较器输出高电平ON信号，控制开关电路U2导通工作；而在检测到通过USB接口的电流过高时，在分压电阻网络的作用下，使输入到比较器反相输入端的电压高于其同相输入端的电压而使比较器输出低电平OFF信号，以关断开关电路U2的通路，停止向USB设备的供电，达到保护USB设备的目的。

同实施例一，为了达到节约能源的目的，通过所述的处理器接收用户发出的是否切换至USB设备的操作指令，进而根据所述操作指令确定其开关控制信号输出引脚输出电位的状态。所述处理器的开关控制信号输出引脚连接开关电路U2的开关控制端CON，仅在接收到用户发出的切换至USB设备的操作指令时输出高电平ON信号，以控制开关电路U2导通，实现给外部USB设备的供电。

当然，对外部USB设备的***状态的检测也可以通过在USB接口上设置开关模块来实现。将所述开关模块的检测信号输出端子连接处理器的输入引脚，处理器根据其输入引脚接收到的检测信号确定其开关控制信号输出引脚输出电位的状态，并且仅在所述开关模块检测到有外部USB设备***时输出高电平ON信号，以避免能源浪费。

所述的开关模块可以采用多种结构形式实现，比如可以借鉴现有耳机插座中设置的开关结构形式，也可以采用如图3所示的常开式机械开关K1实现。图3中，所述常开式机械开关K1的一端连接直流电源+5V_SW，另一端连接所述处理器的输入引脚，在有外部USB设备***时，压迫开关K1闭合，以实现向处理器输出高电位的检测信号。所述处理器在检测到其输入引脚输入的高电位信号时，判定有外部USB设备***，从而通过其开关控制信号输出引脚输出高电平ON信号，否则输出低电平OFF信号，以控制开关电路U2的通断。

本实用新型通过采用上述电路结构可以实现无USB设备***时或者USB设备出现异常状态时对USB接口停止供电，以起到保护USB设备、提高主机***可靠性和保护***电路的作用。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1、一种USB保护电路，包括USB接口和供电电源，其特征在于：在所述USB保护电路中还包含有一过流检测控制电路，其输入端连接所述的供电电源，输出端连接所述USB接口的电源引脚，所述过流检测控制电路对其输出端电流进行检测，并在所述电流超过设定值时阻断其输出端的输出。

2、根据权利要求1所述的USB保护电路，其特征在于：在所述过流检测控制电路中包含有一电源管理芯片和一处理器，所述电源管理芯片的输入端连接所述的供电电源，输出端连接所述USB接口的电源引脚，在检测到输出端电流超过设定值时通过其故障信号端输出故障信号至所述的处理器，所述处理器的开关控制信号输出引脚连接所述电源管理芯片的开关控制端，在接收到故障信号时控制所述电源管理芯片关断其输出端的输出。

3、根据权利要求2所述的USB保护电路，其特征在于：所述电源管理芯片的开关控制端是其使能端。

4、根据权利要求1所述的USB保护电路，其特征在于：在所述过流检测控制电路中包含有一过流检测电路和一开关电路，所述开关电路的输入端连接所述的供电电源，输出端连接所述USB接口的电源引脚，开关控制端连接所述过流检测电路的输出端；所述过流检测电路的采样输入端连接所述USB接口的电源引脚，在检测到流过所述电源引脚的电流超过设定值时输出故障信号，控制所述开关电路关断。

5、根据权利要求4所述的USB保护电路，其特征在于：在所述过流检测控制电路中还包含有一处理器，其开关控制信号输出引脚连接所述开关电路的开关控制端。

6、根据权利要求2或3或5所述的USB保护电路，其特征在于：所述处理器通过其输入引脚接收用户发出的是否切换至USB设备的操作指令，进而根据所述操作指令确定其开关控制信号输出引脚输出电位的状态。

7、根据权利要求6所述的USB保护电路，其特征在于：所述处理器仅在接收到用户发出的切换至USB设备的操作指令时输出开控制信号。

8、根据权利要求2或3或5所述的USB保护电路，其特征在于：在所述USB接口上设置有检测是否有外部USB设备***的开关模块，所述开关模块的检测信号输出端子连接所述处理器的输入引脚，所述处理器根据其输入引脚接收到的检测信号确定其开关控制信号输出引脚输出电位的状态。

9、根据权利要求8所述的USB保护电路，其特征在于：所述处理器仅在所述开关模块检测到有外部USB设备***时输出开控制信号。

10、根据权利要求8所述的USB保护电路，其特征在于：在所述开关模块中包含有一常开式机械开关，其一端连接直流电源，另一端连接所述处理器的输入引脚。

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