CN203522138U - Usb过流保护电路和usb供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种USB过流保护电路和USB供电装置，其中USB过流保护电路包括电源输入端、电源输出端、过流保护模块和使能模块。相对于现有技术，本实用新型的USB过流保护电路，在USB设备端出现过流时，通过过流保护模块自身的过温保护功能切断电源电压的输出，达到过流保护目的，而且通过使能模块持续对过流保护模块使能，使得过流保护模块在过流时持续工作，在解除过流故障后继续将电源电压输出，因此不需要使用CPU的IO口检测过流保护模块输出的过流信号，也不需要使用CPU的IO口输出使能信号关断和开启过流保护模块，从而简化USB过流保护电路的结构，不占用CPU的IO口资源，降低USB过流保护电路的设计成本。

Description

USB过流保护电路和USB供电装置

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种USB过流保护电路和USB供电装置。

背景技术

随着便携式设备的不断发展，人们使用USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）设备的频率越来越高，随之而来的问题也越来越突出，尤其是在USB设备的供电上，经常会出现插上USB设备后，损坏主设备或者导致主设备工作异常的情况。

图1所示是标准的USB电源配置端口，它由过流保护芯片（RT9711芯片）1和主控制器CPU2组成，过流保护芯片1的电源输入脚VIN连接5V电源，过流保护指示脚

连接CPU2的第一IO口IO1，使能脚EN连接CPU2的第二IO口IO2，电源输出脚VOUT连接USB接口3的VBUS脚，过流保护芯片1的接地脚GND接地。当USB设备端的电流过大（即过流）时，过流保护芯片1的

脚会输出低电平的过流信号（USB设备端电流正常时，

脚输出高电平的过流信号）至CPU2的第一IO口IO1，CPU2通过第一IO口IO1检测到低电平的过流信号时，通过第二IO口IO2输出低电平的使能信号至过流保护芯片1的EN脚，以关断过流保护芯片1，过流保护芯片1停止工作，达到过流保护的目的；在过流故障解除后，CPU2通过第二IO口IO2输出的使能信号变为高电平，过流保护芯片1的EN脚使能，开启过流保护芯片1，过流保护芯片1恢复工作状态，将5V电源输出。

上述方案的缺点是过流保护过程复杂，且占用CPU2的第一IO口IO1和第二IO口IO2两个IO口资源，成本也较高，不利于CPU资源不够的平台做开发。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种USB过流保护电路和USB供电装置，旨在简化USB过流保护电路的结构，降低USB过流保护电路的设计成本。

为了达到上述目的，本实用新型提出一种USB过流保护电路，该USB过流保护电路包括用于供电源电压输入的电源输入端、用于输出所述电源电压给USB设备供电的电源输出端，以及用于控制所述电源电压是否输出的过流保护模块，该USB过流保护电路还包括用于持续对所述过流保护模块使能的使能模块；

所述使能模块的输入端与所述电源输入端连接，所述使能模块的输出端与所述过流保护模块的使能端连接；所述过流保护模块的输入端与所述电源输入端连接，所述过流保护模块输出端与所述电源输出端连接。

优选地，所述使能模块包括上拉电阻；

所述上拉电阻的一端与所述电源输入端连接，所述上拉电阻的另一端与所述过流保护模块的使能端连接。

优选地，所述过流保护模块包括过流保护芯片；

所述过流保护芯片的电源输入脚作为所述过流保护模块的输入端，与所述电源输入端连接；所述过流保护芯片的使能脚作为所述过流保护模块的使能端，经由所述上拉电阻与所述电源输入端连接；所述过流保护芯片的电源输出脚作为所述过流保护模块的输出端，与所述电源输出端连接；所述过流保护芯片的接地脚接地。

优选地，所述USB过流保护电路还包括用于对所述电源输入端输入的电源电压进行滤波处理的输入滤波模块，所述输入滤波模块连接于所述电源输入端和所述使能模块的输入端、所述过流保护模块的输入端之间。

优选地，所述输入滤波模块包括输入滤波电容，所述输入滤波电容的一端与所述电源输入端连接，且分别与所述使能模块的输入端、所述过流保护模块的输入端连接，所述输入滤波电容的另一端接地。

优选地，所述USB过流保护电路还包括用于对所述过流保护模块输出的电源电压进行滤波处理的输出滤波模块，所述输出滤波模块连接于所述过流保护模块的输出端和所述电源输出端之间。

优选地，所述输出滤波模块包括输出滤波电容，所述输出滤波电容的一端与所述过流保护模块的输出端连接，且与所述电源输出端连接，所述输出滤波电容的另一端接地。

本实用新型还提出一种USB供电装置，该USB供电装置包括用于提供电源电压的供电电源和用于连接USB设备的USB接口，USB供电装置还包括USB过流保护电路，所述USB过流保护电路包括用于供电源电压输入的电源输入端、用于输出所述电源电压给USB设备供电的电源输出端，以及用于控制所述电源电压是否输出的过流保护模块，该USB过流保护电路还包括用于持续对所述过流保护模块使能的使能模块；所述USB过流保护电路的电源输入端与所述供电电源连接，所述USB过流保护电路的电源输出端与所述USB接口的电源脚连接；所述使能模块的输入端与所述电源输入端连接，所述使能模块的输出端与所述过流保护模块的使能端连接；所述过流保护模块的输入端与所述电源输入端连接，所述过流保护模块输出端与所述电源输出端连接。

本实用新型提出的USB过流保护电路，在有电源电压输入时，通过使能模块持续对过流保护模块使能，确保过流保护模块一直处于工作状态，使得在USB设备端的电流过大时，过流保护模块通过自身的过温保护功能切断电源电压的输出，达到过流保护目的之后，过流保护模块还能够持续工作，从而在解除过流故障后，过流保护模块能够自动恢复开通电源电压的输出，及时地输出电源电压给USB设备供电。本实用新型的USB过流保护电路，在USB设备端出现过流时，通过过流保护模块自身的过温保护功能切断电源电压的输出，达到过流保护目的，而且通过使能模块持续对过流保护模块使能，使得过流保护模块在过流时持续工作，在解除过流故障后继续将电源电压输出，因此不需要使用CPU的IO口检测过流保护模块输出的过流信号，也不需要使用CPU的IO口输出使能信号关断和开启过流保护模块，从而简化了USB过流保护电路的结构，不占用CPU的IO口资源，降低了USB过流保护电路的设计成本。

附图说明

图1为现有标准的USB电源配置端口的电路结构示意图；

图2为本实用新型USB过流保护电路较佳实施例的原理框图；

图3为本实用新型USB过流保护电路较佳实施例的电路结构示意图；

图4为本实用新型USB过流保护电路较佳实施例中电源电压的输出波形示意图。

本实用新型的目的、功能特点及优点的实现，将结合实施例，并参照附图作进一步说明。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提出一种USB过流保护电路。

参照图2，图2为本实用新型USB过流保护电路较佳实施例的原理框图。

本实用新型较佳实施例中，USB过流保护电路包括电源输入端VCC_IN、电源输出端V_USB、过流保护模块10和使能模块20。使能模块20的输入端与电源输入端VCC_IN连接，使能模块20的输出端与过流保护模块10的使能端连接；过流保护模块10的输入端与电源输入端VCC_IN连接，过流保护模块10输出端与电源输出端V_USB连接。

在本实施例中，电源输入端VCC_IN用于输入电源电压（如5V），电源输出端V_USB用于输出电源电压给USB设备（图未示）供电，过流保护模块10用于控制电源电压是否输出，在USB设备端的电流正常时，过流保护模块10开通电源电压的输出，在USB设备端的电流过大时，过流保护模块10切断电源电压的输出。

电源电压从电源输入端VCC_IN输入，通过使能模块20对过流保护模块10使能，由于有使能模块20的作用，将持续对过流保护模块10使能，确保过流保护模块10一直处于工作状态，当USB设备端的电流过大时，过流保护模块10内的温度随着上升，由于过流保护模块10自身设置有过温保护功能，在过流保护模块10内的温度达到预设温度阀值时，过流保护模块10通过自身的过温保护功能切断电源电压的输出，同时过流保护模块10的过流保护功能也会作出响应并输出过流信号。经过测试，过流保护模块10的过温保护功能响应速度要快于过流保护功能的响应速度，换言之，在过流保护模块10输出过流信号之前，过流保护模块10已经通过自身的过温保护功能切断电源电压的输出，达到过温保护目的，同时也是在解除过流故障，达到过流保护目的。在解除过流故障后，过流保护模块10还能够持续工作，从而能够自动恢复开通电源电压的输出，及时地输出电源电压给USB设备供电。

如图2所示，在本实施例中，USB过流保护电路还包括输入滤波模块30和输出滤波模块40，输入滤波模块30连接于电源输入端VCC_IN和使能模块20的输入端、过流保护模块10的输入端之间，输出滤波模块40连接于过流保护模块10的输出端和电源输出端V_USB之间。

输入滤波模块30用于对电源输入端VCC_IN输入的电源电压进行滤波处理，滤除从电源输入端VCC_IN输入的电源电压中的纹波，确保所输入的电源电压不会有很大的波动，即使得电源电压稳定输入。

输出滤波模块40用于对过流保护模块10输出的电源电压进行滤波处理，在给USB设备供电之前，通过输出滤波模块40滤除过流保护模块10输出的电源电压中的纹波，确保从电源输出端V_USB输出的电源电压稳定。

相对于现有技术，本实用新型的USB过流保护电路，在USB设备端出现过流时，通过过流保护模块10自身的过温保护功能切断电源电压的输出，达到过流保护目的，而且通过使能模块20持续对过流保护模块10使能，使得过流保护模块10在过流时持续工作，在解除过流故障后继续将电源电压输出，因此不需要使用CPU的IO口检测过流保护模块10输出的过流信号，也不需要使用CPU的IO口输出使能信号关断和开启过流保护模块10，从而简化了USB过流保护电路的结构，不占用CPU的IO口资源，降低了USB过流保护电路的设计成本。

一并参照图2和图3，其中图3为本实用新型USB过流保护电路较佳实施例电路结构示意图。

本实施例中，使能模块20包括上拉电阻R1；上拉电阻R1的一端与电源输入端VCC_IN连接，上拉电阻R1的另一端与过流保护模块10的使能端连接。

具体地，过流保护模块10包括过流保护芯片U1；过流保护芯片U1的电源输入脚VIN作为过流保护模块10的输入端，与电源输入端VCC_IN连接；过流保护芯片U1的使能脚EN作为过流保护模块10的使能端，经由上拉电阻R1与电源输入端VCC_IN连接；过流保护芯片U1的电源输出脚VOUT作为过流保护模块10的输出端，与电源输出端V_USB连接；过流保护芯片U1的接地脚GND接地。

具体地，输入滤波模块30包括输入滤波电容C1，输入滤波电容C1的一端与电源输入端VCC_IN连接，且分别与使能模块20的输入端、过流保护模块10的输入端连接，输入滤波电容C1的另一端接地。输入滤波电容C1滤除从电源输入端VCC_IN输入的电源电压中的纹波，且在电路瞬间变化时及时补上电荷，确保所输入的电源电压稳定输入。

进一步地，输出滤波模块40包括输出滤波电容C2，输出滤波电容C2的一端与过流保护模块10的输出端连接，且与电源输出端V_USB连接，输出滤波电容C2的另一端接地。输出滤波电容C2滤除过流保护模块10输出的电源电压中的纹波，确保从电源输出端V_USB输出的电源电压稳定。

本实用新型USB过流保护电路的工作原理具体描述如下：

电源电压从电源输入端VCC_IN输入，过流保护芯片U1的使能脚EN通过上拉电阻R1获得偏置电压，从而过流保护芯片U1的使能脚EN呈高电平，由于过流保护芯片U1的使能脚EN为高电平有效，即在使能脚EN为高电平时对过流保护芯片U1使能，过流保护芯片U1启动工作，并导通其电源输入脚VIN和电源输出脚VOUT，从而开通电源电压的输出，即电源电压从过流保护芯片U1的电源输入脚VIN输入后，从电源输出脚VOUT输出，并通过电源输出端V_USB将电源电压输出给USB设备供电。

在USB设备端的电流正常时，由于上拉电阻R1的作用，因此过流保护芯片U1的使能脚EN持续呈高电平，过流保护芯片U1持续工作，电源输出脚VOUT持续有电源电压输出。

在USB设备端的电流过大时，由于上拉电阻R1的作用，因此过流保护芯片U1的使能脚EN持续呈高电平，过流保护芯片U1持续工作。但是由于USB设备端过流，使得过流保护芯片U1自身的温度随着上升，当过流保护芯片U1的温度达到过流保护芯片U1所预设的温度阀值时，过流保护芯片U1通过自身的过温保护功能切断电源电压的输出，同时过流保护芯片U1的过流保护功能也会作出响应，并通过过流指示脚

输出过流信号。

经过对过流保护芯片U1的过温保护功能切断电源电压输出和过流保护芯片U1的过流保护功能切断电源电压输出的过程进行测试，测试结果如图4所示，图4为本实用新型USB过流保护电路较佳实施例中电源电压的输出波形示意图，横坐标表示输出电源电压的时间t（单位为ms），纵坐标表示电源电压的幅值U（单位为V），第一通道CH1测试过流保护芯片U1的过流保护功能切断电源电压输出的过程，第二通道CH2测试过流保护芯片U1的过温保护功能切断电源电压输出的过程，由图4可看出，开始时第二通道CH2测试到所输出的电源电压为5V，在a处时过流保护芯片U1进行过温保护，切断电源电压的输出，此时第二通道CH2测试到所输出的电源电压为0V；开始时第一通道CH1测试到所输出的电源电压为5V，在b处时过流保护芯片U1进行过流保护，此时第二通道CH2测试到所输出的电源电压为0V，b处与a处相差的时间为Δtms，过流保护芯片U1的过流保护功能响应时间比流保护芯片U1的过温保护功能响应时间滞后Δtms，因此，过流保护芯片U1的过温保护功能响应速度要快于过流保护功能的响应速度，即在过流保护芯片U1的过流指示脚

输出过流信号，关断过流保护芯片U1之前，过流保护芯片U1已经通过自身的过温保护功能切断电源电压的输出，达到过温保护目的。由于过流保护芯片U1在进行过温保护时已切断电源电压的输出，因此过流保护芯片U1在进行过温保护时也是在进行过流保护。

由此可知，在USB设备端出现过流时，过流保护芯片U1只需通过自身的过温保护功能进行过温保护，即可实现过流保护，从而不需要通过过流指示脚

输出低电平的过流信号给CPU，CPU也不需要通过一IO口检测过流指示脚

输出的过流信号，也不需要通过另一IO口输出低电平的使能信号至过流保护芯片U1的使能脚EN，来关断过流保护芯片U1。因而本实用新型的USB过流保护电路是通过过流保护芯片U1自身的过温保护功能在进行过温保护时，实现过流保护。

在切断电源电压输出后，过流保护芯片U1的温度逐渐下降。由于上拉电阻R1的作用，因此在过流保护芯片U1切断电源电压输出的过程中，过流保护芯片U1的使能脚EN持续呈高电平，过流保护芯片U1持续工作，从而在解除过流故障后，过流保护芯片U1还能够持续工作，进而在过流保护芯片U1的温度降到正常工作温度时，过流保护芯片U1自动恢复开通电源电压的输出，无需CPU控制，及时地输出电源电压给USB设备供电。

需要说明的是，由于本实用新型的USB过流保护电路是通过过流保护芯片U1自身的过温保护功能在进行过温保护时，实现过流保护，因此为了确保USB过流保护电路的工作稳定性，不让过流保护芯片U1的周围有很好的散热条件，而影响过流保护芯片U1的功能，在做印制电路板设计时，可将用于安装过流保护芯片U1的区域设置为禁止铺铜区，即在用于安装过流保护芯片U1的区域不设置地信号铺铜层，且在该区域内不设置过孔。这是由于若在用于安装过流保护芯片U1的区域设置地信号铺铜层，或者设置过孔，则会加快过流保护芯片U1散热，可能会影响过流保护芯片U1进行过温保护，因此为确保过流保护芯片U1自身散热不受外部因素影响，在做印制电路板设计时，在用于安装过流保护芯片U1的区域不设置地信号铺铜层和过孔。

本实用新型还提出一种USB供电装置，该USB供电装置包括用于提供电源电压的供电电源和用于连接USB设备的USB接口，该USB供电装置还包括USB过流保护电路，该USB过流保护电路的电源输入端VCC_IN与供电电源连接，USB过流保护电路的电源输出端V_USB与USB接口的电源脚连接；该USB过流保护电路的结构、工作原理以及所带来的有益效果均参照上述实施例，此处不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种USB过流保护电路，包括用于供电源电压输入的电源输入端、用于输出所述电源电压给USB设备供电的电源输出端，以及用于控制所述电源电压是否输出的过流保护模块，其特征在于，还包括用于持续对所述过流保护模块使能的使能模块；

所述使能模块的输入端与所述电源输入端连接，所述使能模块的输出端与所述过流保护模块的使能端连接；所述过流保护模块的输入端与所述电源输入端连接，所述过流保护模块输出端与所述电源输出端连接。

2.如权利要求1所述的USB过流保护电路，其特征在于，所述使能模块包括上拉电阻；

所述上拉电阻的一端与所述电源输入端连接，所述上拉电阻的另一端与所述过流保护模块的使能端连接。

3.如权利要求2所述的USB过流保护电路，其特征在于，所述过流保护模块包括过流保护芯片；

所述过流保护芯片的电源输入脚作为所述过流保护模块的输入端，与所述电源输入端连接；所述过流保护芯片的使能脚作为所述过流保护模块的使能端，经由所述上拉电阻与所述电源输入端连接；所述过流保护芯片的电源输出脚作为所述过流保护模块的输出端，与所述电源输出端连接；所述过流保护芯片的接地脚接地。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的USB过流保护电路，其特征在于，所述USB过流保护电路还包括用于对所述电源输入端输入的电源电压进行滤波处理的输入滤波模块，所述输入滤波模块连接于所述电源输入端和所述使能模块的输入端、所述过流保护模块的输入端之间。

5.如权利要求4所述的USB过流保护电路，其特征在于，所述输入滤波模块包括输入滤波电容，所述输入滤波电容的一端与所述电源输入端连接，且分别与所述使能模块的输入端、所述过流保护模块的输入端连接，所述输入滤波电容的另一端接地。

6.如权利要求1至3中任意一项所述的USB过流保护电路，其特征在于，所述USB过流保护电路还包括用于对所述过流保护模块输出的电源电压进行滤波处理的输出滤波模块，所述输出滤波模块连接于所述过流保护模块的输出端和所述电源输出端之间。

7.如权利要求6所述的USB过流保护电路，其特征在于，所述输出滤波模块包括输出滤波电容，所述输出滤波电容的一端与所述过流保护模块的输出端连接，且与所述电源输出端连接，所述输出滤波电容的另一端接地。

8.一种USB供电装置，包括用于提供电源电压的供电电源和用于连接USB设备的USB接口，其特征在于，还包括权利要求1至7中任意一项所述的USB过流保护电路，所述USB过流保护电路的电源输入端与所述供电电源连接，所述USB过流保护电路的电源输出端与所述USB接口的电源脚连接。

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