CN204967258U - 一种用于usb充电设备的电源输出短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，USB电源输出端连接第一P沟MOS管的漏极，第一P沟MOS管的源极连接第二P沟MOS管的漏极，第二P沟MOS管的源极连接所述USB充电输出端；第一P沟MOS管和第二P沟MOS管的栅极连接有作为下拉电阻的第一电阻，在第二P沟MOS管的栅极和源极之间连接有第一电容，第一P沟MOS管和第二P沟MOS管的栅极还连接PNP型三极管的集电极，所述PNP型三极管的基极连接稳压管的负极，稳压管的正极接地，所述PNP型三极管的发射极连接所述USB充电输出端。本实用新型的有益效果在于：当USB充电输出端与USB电源输出端短路后，通过电源输出短路保护电路使USB电源输出端的输出电压维持在正常状态，从而保护前级电路，防止其发生损坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及USB充电设备技术领域，尤其涉及一种用于USB充电设备的电源输出短路保护电路。
背景技术
目前电子设备的功能越来越多，使用频率越来越高，极大地丰富了人们的生活。在汽车内使用各种电子设备时，由于电子设备的电池续航能力有限，因此需要车载导航***提供USB充电功能，目前通常是通过在车载导航***上预留一个USB充电接口来实现，这个USB充电接口输出符合要求的电压(通常为5V)。
现有的USB充电设备都设计了对地保护电路，以防止USB充电端在使用过程中因为各种疏忽对地短路，从而及时起到保护作用，防止损坏电路及发生更严重的事故。但是，现有的USB充电端还没有设置对电源(在汽车上，电源一般为车用蓄电池，电压为9V-16V)短路的保护电路。
实用新型内容
本实用新型提供一种用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，当USB充电设备的输出对电源短路后，该电源输出短路保护电路能够保护前级电路，防止其发生损坏。
为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
一种用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，其关键在于：在USB电源输出端与USB充电输出端之间连接有内部带有寄生二极管的第一P沟MOS管和第二P沟MOS管，USB电源输出端连接第一P沟MOS管的漏极，第一P沟MOS管的源极连接第二P沟MOS管的漏极，第二P沟MOS管的源极连接所述USB充电输出端；
第一P沟MOS管和第二P沟MOS管的栅极连接有作为下拉电阻的第一电阻，在第二P沟MOS管的栅极和源极之间连接有第一电容，第一P沟MOS管和第二P沟MOS管的栅极还连接PNP型三极管的集电极，所述PNP型三极管的基极串联第二电阻后连接稳压管的负极，稳压管的正极接地，所述PNP型三极管的基极与发射极之间连接有第三电阻，所述PNP型三极管的发射极连接所述USB充电输出端。
进一步地，所述USB电源输出端与第一P沟MOS管的漏极还连接第一滤波电容和第二滤波电容的一端，第一滤波电容和第二滤波电容的另一端接地，所述第一P沟MOS管的漏极还连接放电电阻的一端，放电电阻的另一端接地。
更进一步地，所述USB充电输出端与第二P沟MOS管的源极还连接第三滤波电容和第四滤波电容的一端，第三滤波电容和第四滤波电容的另一端接地。
具体地，所述第一P沟MOS管和第二P沟MOS管需满足以下条件：VGS(TH)＜-2V，RDS(ON)＜60mΩ，ID大于充电电流的2倍，BVDSS＞V；所述PNP型三极管需满足以下条件：VCE(sat)＞-0.4V，上升和下降时间Tr/Tf＜75ns，Ic＜-200mA，100≤hFE≤300。
具体地，所述第一P沟MOS管和第二P沟MOS管型号为A03401A，所述PNP三极管型号为2N3906。
本实用新型的有益效果在于：
当USB充电设备的USB充电输出端与USB电源输出端短路后，通过使所述电源输出短路保护电路中的第一P沟MOS管和第二P沟MOS管截止，USB电源输出端的输出电压维持在正常状态，从而保护前级电路，防止其发生损坏。
附图说明
图1是本实用新型的用于USB充电设备的电源输出短路保护电路的电路图；
图2是本实用新型的用于USB充电设备的电源输出短路保护电路的进一步实施的电路图；
图3是本实用新型的用于USB充电设备的电源输出短路保护电路的实施效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制。
如图1所示，本实用新型的实施例提供一种用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，电路结构为：在USB电源输出端USB_SOURCE与USB充电输出端USB_OUT之间连接有内部带有寄生二极管的第一P沟MOS管Q1和第二P沟MOS管Q2，USB电源输出端USB_SOURCE连接第一P沟MOS管Q1的漏极D，第一P沟MOS管Q1的源极S连接第二P沟MOS管Q2的漏极D，第二P沟MOS管Q2的源极S连接所述USB充电输出端USB_OUT；
第一P沟MOS管Q1和第二P沟MOS管Q2的栅极G连接有作为下拉电阻的第一电阻R1，在第二P沟MOS管Q2的栅极G和源极S之间连接有第一电容C1，第一P沟MOS管Q1和第二P沟MOS管Q2的栅极G还连接PNP型三极管Q3的集电极c，所述PNP型三极管Q3的基极b串联第二电阻R2后连接稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极接地，所述PNP型三极管Q3的基极b与发射极e之间连接有第三电阻R3，所述PNP型三极管Q3的发射极e连接所述USB充电输出端USB_OUT。
在上述电源输出短路保护电路中，第一P沟MOS管Q1和第二P沟MOS管Q2可选用A03401A型号，三极管Q3可选用2N3906型号。
第一P沟MOS管Q1和第二P沟MOS管Q2需满足以下条件：导通条件VGS(TH)小于-2V，RDS(ON)导通内阻小于60mΩ，ID要满足USB充电要求的2倍以上，耐压要求BVDSS要大于16V以上；
PNP型三极管Q3需满足以下条件：VCE(sat)要大于-0.4V，Tr/Tf上升和下降时间小于75ns，Ic要小于-200mA，hFE在100～300倍之间。
如图2所示，在本实用新型的实施例中，所述USB电源输出端USB_SOURCE与第一P沟MOS管Q1的漏极D还连接第一滤波电容C2和第二滤波电容EC1的一端，第一滤波电容C2和第二滤波电容EC1的另一端接地，所述第一P沟MOS管Q1的漏极D还连接放电电阻R4的一端，放电电阻R4的另一端接地。
在本实用新型的实施例中，所述USB充电输出端USB_OUT与第二P沟MOS管Q2的源极S还连接第三滤波电容C3和第四滤波电容C4的一端，第三滤波电容C3和第四滤波电容C4的另一端接地。
在本实施例中，第一电阻R1为10K，第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4为2.2K；第一电容C1为0.1uF，第一滤波电容C2和第二滤波电容EC1分别为0.1uF、100uF，第三滤波电容C3和第四滤波电容C4分别为10uF、0.1uF；
稳压管Z1的额定电压为5.1V，额定功率为500mW。
本实用新型的电源输出短路保护电路的工作过程为：
(一)正常工作状态时：
当车载导航的USB充电功能打开时，USB电源输出端USB_SOURCE输出5V电压，经第一P沟MOS管Q1和第二P沟MOS管内部的寄生二极管输出至USB充电输出端USB_OUT，由于下拉电阻(第一电阻R1)的作用，使第一P沟MOS管Q1、第二P沟MOS管Q2的栅极G和源极S之间压差约为5V，第一P沟MOS管Q1和第二P沟MOS管Q2饱和导通，USB充电输出端USB_OUT正常输出，为外部设备提供充电接口。
图2中第一滤波电容C2、第二滤波电容EC1分别为0.1uF、100uF，分别用于高频滤波和低频滤波，放电电阻R4用于放电；第三滤波电容C3和第四滤波电容C4分别为10uF、0.1uF，从而使得USB充电输出端USB_OUT输出电压更加稳定(5V)。
(二)充电电压输出对电源短路时：
当USB充电输出端USB_OUT对电源短路后，USB充电输出端USB_OUT等于9V～16V(车载供电范围一般为9～16V，一般为12V)，12V电压加到了USB充电输出端USB_OUT端口。电源电压超出6V后，由于稳压管Z1的雪崩特性，PNP型三极管Q3基极b有电流流过，PNP型三极管Q3导通，使得第二P沟MOS管Q2的栅极G和源极S之间压差接近0V，第二P沟MOS管Q2截止，断开与USB电源输出端USB_SOURCE的连接；由于PNP型三极管Q3(型号为2N3906)的输入和输出电容远小于第一P沟MOS管和第二P沟MOS管(型号为Q2AO3401A)，因此其导通速度大于第一P沟MOS管和第二P沟MOS管的导通速度；
第一电容C1作用是：由于PNP型三极管Q3导通是需要一定的过程和时间，在对电源短路的瞬间，在之前充电电压为5V的基础上，接到了电源端12V时将继续充电，使得第二P沟MOS管Q2的栅极G和源极S两端之间电压相等，第二P沟MOS管Q2截止。由于MOS管开关也有响应时间，所以增加了第一P沟MOS管Q1来提升关断速度。
经过实际测试，采用上述电源输出短路保护电路后，当USB充电输出端USB_OUT对电源短路后的波形如图3所示，从图中可见，USB充电输出端USB_OUT的电压维持在正常状态(5V左右)。
以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例，不能以此来限定本实用新型的权利保护范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，其特征在于：
在USB电源输出端与USB充电输出端之间连接有内部带有寄生二极管的第一P沟MOS管和第二P沟MOS管，USB电源输出端连接第一P沟MOS管的漏极，第一P沟MOS管的源极连接第二P沟MOS管的漏极，第二P沟MOS管的源极连接所述USB充电输出端；
第一P沟MOS管和第二P沟MOS管的栅极连接有作为下拉电阻的第一电阻，在第二P沟MOS管的栅极和源极之间连接有第一电容，第一P沟MOS管和第二P沟MOS管的栅极还连接PNP型三极管的集电极，所述PNP型三极管的基极串联第二电阻后连接稳压管的负极，稳压管的正极接地，所述PNP型三极管的基极与发射极之间连接有第三电阻，所述PNP型三极管的发射极连接所述USB充电输出端。
2.根据权利要求1所述的用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，其特征在于：所述USB电源输出端与第一P沟MOS管的漏极还连接第一滤波电容和第二滤波电容的一端，第一滤波电容和第二滤波电容的另一端接地，所述第一P沟MOS管的漏极还连接放电电阻的一端，放电电阻的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，其特征在于：所述USB充电输出端与第二P沟MOS管的源极还连接第三滤波电容和第四滤波电容的一端，第三滤波电容和第四滤波电容的另一端接地。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，其特征在于：所述第一P沟MOS管和第二P沟MOS管需满足以下条件：VGS(TH)＜-2V，RDS(ON)＜60mΩ，ID大于充电电流的2倍，BVDSS＞V；所述PNP型三极管需满足以下条件：VCE(sat)＞-0.4V，上升和下降时间Tr/Tf＜75ns，Ic＜-200mA，100≤hFE≤300。
5.根据权利要求1-3任一项所述的用于USB充电设备的电源输出短路保护电路，其特征在于：所述第一P沟MOS管和第二P沟MOS管型号为A03401A，所述PNP三极管型号为2N3906。
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