CN204681073U - 数据及充电传输接口保护电路 - Google Patents
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Abstract
数据及充电传输接口保护电路，连接在移动设备数据接口的供电端和总线端之间，由比较器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一直流电源、第二直流电源、限流电阻、第一上拉电阻和第二上拉电阻组成；所述比较器的输出端连接两个NMOS管的栅极，两个NMOS管的衬底分别连接供电端和总线端，并与各自的漏极连接；所述第二直流电源的电压值大于第一直流电源。本实用新型可以实现对移动设备USB电源输出线的有效保护，无论USB电源输出线VBUS发生对电源还是对地短路，均不影响移动设备内部电路的正常工作，实现了可靠的短路保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路领域，具体地，涉及一种数据及充电传输接口保护电路。
背景技术
为了保证使用安全，移动设备，例如野外数据采集时使用的车载设备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（Universal Serial Bus）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。因为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。对于USB总线这种可以直接输出电源的接口，可能发生接口电路对电源或对地短路的情况，此时将会损坏机体。
实用新型内容
为克服可对外供电充电的移动设备接口发生对电源或地短路时大电流损坏内部器件及设备的技术缺陷，本实用新型公开了一种数据及充电传输接口保护电路。
数据及充电传输接口保护电路，连接在移动设备数据接口的供电端和总线端之间，其特征在于，由比较器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一直流电源、第二直流电源、限流电阻、第一上拉电阻和第二上拉电阻组成；
所述比较器的输出端连接两个NMOS管的栅极，两个NMOS管的衬底分别连接供电端和总线端，并与各自的漏极连接，两个NMOS管的源极互联，并连接第一二极管的正极，限流电阻连接在第一二极管的负极与比较器反相输入端之间，比较器正相输入端通过第二上拉电阻连接第一直流电源，并连接第二二极管正极，第二二极管负极连接总线端，比较输出端通过第一上拉电阻连接第二直流电源；所述第二直流电源的电压值大于第一直流电源；
所述总线端与地线之间连接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的栅极、源极和衬底均与地连接，漏极连接总线端，所述供电端和第二NMOS管的源极之间连接有PMOS管，所述PMOS管的栅极、源极和衬底均与供电端连接，漏极连接第二NMOS管的源极。
优选的，所述比较器输出端到地之间连接有发光二极管。
优选的，所述限流电阻两端和地之间分别连接有第一电容和极点电阻。
优选的，所述比较器正相输入端和地之间连接有第二电容。
本实用新型所述数据及充电传输接口保护电路，可以实现对移动设备USB电源输出线的有效保护，无论USB电源输出线VBUS发生对电源还是对地短路，均不影响移动设备内部电路的正常工作，实现了可靠的短路保护。通过使用成本极低的普通分离器件，大幅降低了制造成本。
附图说明
图1是本实用新型一种具体实施方式示意图；
附图中标记及相应的零部件名称：VIN-供电端，VBUS-第一分压电阻，VCC1-第一直流电源，VCC2-第二直流电源，COMP-比较器，R1–限流电阻，R2-极点电阻，R3-第一上拉电阻，R4-第二上拉电阻，D1-第一二极管，D2-第二二极管，D3-发光二极管，C1–第一电容，C2-第二电容，M1-第一NMOS管，M2-第二NMOS管，M3-第三NMOS管，M4-PMOS管。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
本实用新型所述数据及充电传输接口保护电路，连接在移动设备数据接口的供电端和总线端之间，其特征在于，由比较器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一直流电源、第二直流电源、第一分压电阻、第二分压电阻、第一上拉电阻和第二上拉电阻组成；
所述比较器的输出端连接两个NMOS管的栅极，两个NMOS管的衬底分别连接供电端和总线端，并与各自的漏极连接，两个NMOS管的源极互联，并连接第一二极管的正极，限流电阻连接在第一二极管的负极与比较器反相输入端之间，比较器正相输入端通过第二上拉电阻连接第一直流电源，并连接第二二极管正极，第二二极管负极连接总线端，比较输出端通过第一上拉电阻连接第二直流电源；
所述第二直流电源的电压值大于第一直流电源。
例如第一直流电源取3.3V，第二直流电源取12V，此时对于供电端，输入电压应该在3.3至12V之间，例如为5V。
对于两个NMOS管，漏极为P区，衬底为N区，衬底与漏极连接，形成从漏极指向衬底的二极管，对于两个NMOS管连接在一起的源极A点，当在VBUS端接入外界设备时，无论VBUS端电压高于或低于5V，在A点电压都是VBUS端和VIN端之间的较高者。
当VBUS端电压在第一直流电源和第二直流电源电压区间值之外，即大于12V或小于3.3V时，例如当小于3.3V时，A点电压为5V，通过第一二极管D1 和限流电阻在比较器反相输入端电压输入，而由于VBUS电压低于3.3V，使第二二极管导通，在比较器正相输入端，电压为低于3.3V的值，比较器输出低电平，关闭两个MOS管，避免VBUS端电压过低，即通常的短路接地时，造成VIN与地之间短路。而当VBUS电压高于5V时，A点电压为VBUS电压，但第二二极管不导通，使比较器正相输入端电压仍然为第一直流电源的3.3V，比较器正相输入端输入电压高于5V，输出电压仍然为负值，两个MOS管保持关闭，此时不充电，避免电流倒灌5V电压，损害电池。
而当VBUS电压高于第二直流电源12V时，由于此时对于第二NMOS管，栅极电压被VCC2限制在12V，VGS已经变为负值，M2不会导通，避免高压损害内部器件。
所述总线端与地线之间还连接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的栅极、源极和衬底均与地连接，漏极连接总线端，所述供电端和第二NMOS管的源极之间连接有PMOS管，所述PMOS管的栅极、源极和衬底均与供电端连接，漏极连接第二NMOS管的源极
第三NMOS管M3和PMOS管的作用是为总线端提供静电防护电路，由于总线端暴露在外，并且由于外接设备，例如U盘的频繁插拔，遭遇静电破坏的可能性较大，静电保护电路为总线端VBUS提供静电防护，在正常状态下，由于两个MOS管的栅源连接在一起，VGS=0，两个MOS均不导通，不影响电路正常工作。
当遭遇静电脉冲时，以该引脚遭遇正电压静电脉冲，并向地线泻放为例，该静电电压通过第三NMOS管M3的栅漏寄生电容耦合到M3栅极，使M3导通，从而向地线泻放静电电压，若遭遇负电压静电脉冲，则地线电位高于VBUS端，使M3的衬底到漏极的寄生二极管导通，使负的高压静电泻放，避免高压静电直接作用于内部器件，例如比较器的输入端等，破坏内部电路。
对PMOS管M4，泻放原理近似，所不同的是，由于第二NMOS管M2连接在总线端和A点之间，存在从总线端指向A点正向导通的寄生二极管，在总线端VBUS遭遇相对供电端VIN的正高压静电脉冲时，静电首先通过该寄生二极管到到达A点，再从A点通过PMOS管M4的漏极-衬底寄生二极管到达供电端，反之，当总线端VBUS遭遇相对供电端VIN的负高压静电脉冲时，则均通过第二NMOS管M2和PMOS管M4的栅漏寄生电容耦合到栅极，使相应的MOS管导通，从而建立从VBUS端到VIN端的静电泻放通路 。
可以在比较器输出端设置一个发光二极管D3，正负极分别连接比较器输出端和地，在比较器输出正电压，两个NMOS管开启时，D3发光，提示此时数据接口正常，如D3不亮，则比较器输出低电平，表示接入电源幅值超范围。
本实用新型A点反馈到比较器反相输入端，实际构成一个反馈环路，为提高环路稳定性，可以采取在输入端接电容的措施，例如在所述限流电阻两端和地之间分别连接有第一电容和极点电阻，或在所述比较器正相输入端和地之间连接有第二电容，都可以提供一个主极点，其中第一种方式更加复杂，通常极点电阻R2 阻值远大于R1，尽量削弱R1、R2分压带来的在比较器输入端带来的电压变化影响，R2和C1共同提供一个主极点，通过对R2的调节，可以更好的调节主极点的位置，这与第二种方式仅在输入端连接C2电容，对比较器的输入阻抗模糊处理相比，更加精确。
如上所述，可较好的实现本实用新型。
Claims (4)
1.数据及充电传输接口保护电路，连接在移动设备数据接口的供电端和总线端之间，其特征在于，由比较器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二极管、第二二极管、第一直流电源、第二直流电源、限流电阻、第一上拉电阻和第二上拉电阻组成；
所述比较器的输出端连接两个NMOS管的栅极，两个NMOS管的衬底分别连接供电端和总线端，并与各自的漏极连接，两个NMOS管的源极互联，并连接第一二极管的正极，限流电阻连接在第一二极管的负极与比较器反相输入端之间，比较器正相输入端通过第二上拉电阻连接第一直流电源，并连接第二二极管正极，第二二极管负极连接总线端，比较输出端通过第一上拉电阻连接第二直流电源；所述第二直流电源的电压值大于第一直流电源；
所述总线端与地线之间连接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的栅极、源极和衬底均与地连接，漏极连接总线端，所述供电端和第二NMOS管的源极之间连接有PMOS管，所述PMOS管的栅极、源极和衬底均与供电端连接，漏极连接第二NMOS管的源极。
2.根据权利要求1所述的数据及充电传输接口保护电路，其特征在于，所述比较器输出端到地之间连接有发光二极管。
3.根据权利要求1所述的数据及充电传输接口保护电路，其特征在于，所述限流电阻两端和地之间分别连接有第一电容和极点电阻。
4.根据权利要求1所述的数据及充电传输接口保护电路，其特征在于，所述比较器正相输入端和地之间连接有第二电容。
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