數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子電路領(lǐng)域，具體地，涉及一種數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]為了保證使用安全，移動(dòng)設(shè)備，例如野外數(shù)據(jù)采集時(shí)使用的車(chē)載設(shè)備的安全性能要求很高，在設(shè)計(jì)時(shí)便要保證故障發(fā)生率盡量低。作為目前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)外設(shè)與主機(jī)間通訊接口，USB (Universal Serial Bus)具有成本低、使用簡(jiǎn)單、支持即插即用、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，在車(chē)載娛樂(lè)和存儲(chǔ)設(shè)備上獲得了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)閁SB接口提供了內(nèi)置電源，可提供500mA以上的電流，對(duì)于一些功率較大的設(shè)備，如移動(dòng)硬盤(pán)等，其瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)電流則可達(dá)到IA以上。對(duì)于USB總線(xiàn)這種可以直接輸出電源的接口，可能發(fā)生接口電路對(duì)電源或?qū)Φ囟搪返那闆r，此時(shí)將會(huì)損壞機(jī)體。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為克服可對(duì)外供電充電的移動(dòng)設(shè)備接口發(fā)生對(duì)電源或地短路時(shí)大電流損壞內(nèi)部器件及設(shè)備的技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路。
[0004]數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路，連接在移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)接口的供電端和總線(xiàn)端之間，其特征在于，由比較器、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一二極管、第二二極管、第一直流電源、第二直流電源、限流電阻、第一上拉電阻和第二上拉電阻組成；
[0005]所述比較器的輸出端連接兩個(gè)NMOS管的柵極，兩個(gè)NMOS管的襯底分別連接供電端和總線(xiàn)端，并與各自的漏極連接，兩個(gè)NMOS管的源極互聯(lián)，并連接第一二極管的正極，限流電阻連接在第一二極管的負(fù)極與比較器反相輸入端之間，比較器正相輸入端通過(guò)第二上拉電阻連接第一直流電源，并連接第二二極管正極，第二二極管負(fù)極連接總線(xiàn)端，比較輸出端通過(guò)第一上拉電阻連接第二直流電源；所述第二直流電源的電壓值大于第一直流電源；
[0006]所述總線(xiàn)端與地線(xiàn)之間連接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的柵極、源極和襯底均與地連接，漏極連接總線(xiàn)端，所述供電端和第二 NMOS管的源極之間連接有PMOS管，所述PMOS管的柵極、源極和襯底均與供電端連接，漏極連接第二 NMOS管的源極。
[0007]優(yōu)選的，所述比較器輸出端到地之間連接有發(fā)光二極管。
[0008]優(yōu)選的，所述限流電阻兩端和地之間分別連接有第一電容和極點(diǎn)電阻。
[0009]優(yōu)選的，所述比較器正相輸入端和地之間連接有第二電容。
[0010]本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)設(shè)備USB電源輸出線(xiàn)的有效保護(hù)，無(wú)論USB電源輸出線(xiàn)VBUS發(fā)生對(duì)電源還是對(duì)地短路，均不影響移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部電路的正常工作，實(shí)現(xiàn)了可靠的短路保護(hù)。通過(guò)使用成本極低的普通分離器件，大幅降低了制造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型一種【具體實(shí)施方式】示意圖；
[0012]附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱(chēng):VIN-供電端，VBUS-第一分壓電阻，VCCl-第一直流電源，VCC2-第二直流電源，COMP-比較器，Rl -限流電阻，R2-極點(diǎn)電阻，R3-第一上拉電阻，R4-第二上拉電阻，Dl-第一二極管，D2-第二二極管，D3-發(fā)光二極管，Cl -第一電容，C2-第二電容，Ml-第一匪OS管，M2-第二匪OS管，M3-第三匪OS管，M4-PM0S管。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0014]本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路，連接在移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)接口的供電端和總線(xiàn)端之間，其特征在于，由比較器、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一二極管、第二二極管、第一直流電源、第二直流電源、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第一上拉電阻和第二上拉電阻組成；
[0015]所述比較器的輸出端連接兩個(gè)NMOS管的柵極，兩個(gè)NMOS管的襯底分別連接供電端和總線(xiàn)端，并與各自的漏極連接，兩個(gè)NMOS管的源極互聯(lián)，并連接第一二極管的正極，限流電阻連接在第一二極管的負(fù)極與比較器反相輸入端之間，比較器正相輸入端通過(guò)第二上拉電阻連接第一直流電源，并連接第二二極管正極，第二二極管負(fù)極連接總線(xiàn)端，比較輸出端通過(guò)第一上拉電阻連接第二直流電源；
[0016]所述第二直流電源的電壓值大于第一直流電源。
[0017]例如第一直流電源取3.3V，第二直流電源取12V，此時(shí)對(duì)于供電端，輸入電壓應(yīng)該在3.3至12V之間，例如為5V。
[0018]對(duì)于兩個(gè)NMOS管，漏極為P區(qū)，襯底為N區(qū)，襯底與漏極連接，形成從漏極指向襯底的二極管，對(duì)于兩個(gè)NMOS管連接在一起的源極A點(diǎn)，當(dāng)在VBUS端接入外界設(shè)備時(shí)，無(wú)論VBUS端電壓高于或低于5V，在A(yíng)點(diǎn)電壓都是VBUS端和VIN端之間的較高者。
[0019]當(dāng)VBUS端電壓在第一直流電源和第二直流電源電壓區(qū)間值之外，即大于12V或小于3.3V時(shí)，例如當(dāng)小于3.3V時(shí)，A點(diǎn)電壓為5V，通過(guò)第一二極管Dl和限流電阻在比較器反相輸入端電壓輸入，而由于VBUS電壓低于3.3V，使第二二極管導(dǎo)通，在比較器正相輸入端，電壓為低于3.3V的值，比較器輸出低電平，關(guān)閉兩個(gè)MOS管，避免VBUS端電壓過(guò)低，即通常的短路接地時(shí)，造成VIN與地之間短路。而當(dāng)VBUS電壓高于5V時(shí)，A點(diǎn)電壓為VBUS電壓，但第二二極管不導(dǎo)通，使比較器正相輸入端電壓仍然為第一直流電源的3.3V,比較器正相輸入端輸入電壓高于5V，輸出電壓仍然為負(fù)值，兩個(gè)MOS管保持關(guān)閉，此時(shí)不充電，避免電流倒灌5V電壓，損害電池。
[0020]而當(dāng)VBUS電壓高于第二直流電源12V時(shí)，由于此時(shí)對(duì)于第二 NMOS管，柵極電壓被VCC2限制在12V，VGS已經(jīng)變?yōu)樨?fù)值，M2不會(huì)導(dǎo)通，避免高壓損害內(nèi)部器件。
[0021]所述總線(xiàn)端與地線(xiàn)之間還連接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的柵極、源極和襯底均與地連接，漏極連接總線(xiàn)端，所述供電端和第二 NMOS管的源極之間連接有PMOS管，所述PMOS管的柵極、源極和襯底均與供電端連接，漏極連接第二 NMOS管的源極
[0022]第三NMOS管M3和PMOS管的作用是為總線(xiàn)端提供靜電防護(hù)電路，由于總線(xiàn)端暴露在外，并且由于外接設(shè)備，例如U盤(pán)的頻繁插拔，遭遇靜電破壞的可能性較大，靜電保護(hù)電路為總線(xiàn)端VBUS提供靜電防護(hù)，在正常狀態(tài)下，由于兩個(gè)MOS管的柵源連接在一起，VGS=0，兩個(gè)MOS均不導(dǎo)通，不影響電路正常工作。
[0023]當(dāng)遭遇靜電脈沖時(shí)，以該引腳遭遇正電壓靜電脈沖，并向地線(xiàn)瀉放為例，該靜電電壓通過(guò)第三NMOS管M3的柵漏寄生電容耦合到M3柵極，使M3導(dǎo)通，從而向地線(xiàn)瀉放靜電電壓，若遭遇負(fù)電壓靜電脈沖，則地線(xiàn)電位高于VBUS端，使M3的襯底到漏極的寄生二極管導(dǎo)通，使負(fù)的高壓靜電瀉放，避免高壓靜電直接作用于內(nèi)部器件，例如比較器的輸入端等，破壞內(nèi)部電路。
[0024]對(duì)PMOS管M4，瀉放原理近似，所不同的是，由于第二 NMOS管M2連接在總線(xiàn)端和A點(diǎn)之間，存在從總線(xiàn)端指向A點(diǎn)正向?qū)ǖ募纳O管，在總線(xiàn)端VBUS遭遇相對(duì)供電端VIN的正高壓靜電脈沖時(shí)，靜電首先通過(guò)該寄生二極管到到達(dá)A點(diǎn)，再?gòu)腁點(diǎn)通過(guò)PMOS管M4的漏極-襯底寄生二極管到達(dá)供電端，反之，當(dāng)總線(xiàn)端VBUS遭遇相對(duì)供電端VIN的負(fù)高壓靜電脈沖時(shí)，則均通過(guò)第二 NMOS管M2和PMOS管M4的柵漏寄生電容耦合到柵極，使相應(yīng)的MOS管導(dǎo)通，從而建立從VBUS端到VIN端的靜電瀉放通路。
[0025]可以在比較器輸出端設(shè)置一個(gè)發(fā)光二極管D3，正負(fù)極分別連接比較器輸出端和地，在比較器輸出正電壓，兩個(gè)NMOS管開(kāi)啟時(shí)，D3發(fā)光，提示此時(shí)數(shù)據(jù)接口正常，如D3不亮，則比較器輸出低電平，表示接入電源幅值超范圍。
[0026]本實(shí)用新型A點(diǎn)反饋到比較器反相輸入端，實(shí)際構(gòu)成一個(gè)反饋環(huán)路，為提高環(huán)路穩(wěn)定性，可以采取在輸入端接電容的措施，例如在所述限流電阻兩端和地之間分別連接有第一電容和極點(diǎn)電阻，或在所述比較器正相輸入端和地之間連接有第二電容，都可以提供一個(gè)主極點(diǎn)，其中第一種方式更加復(fù)雜，通常極點(diǎn)電阻R2阻值遠(yuǎn)大于R1，盡量削弱Rl、R2分壓帶來(lái)的在比較器輸入端帶來(lái)的電壓變化影響，R2和Cl共同提供一個(gè)主極點(diǎn)，通過(guò)對(duì)R2的調(diào)節(jié)，可以更好的調(diào)節(jié)主極點(diǎn)的位置，這與第二種方式僅在輸入端連接C2電容，對(duì)比較器的輸入阻抗模糊處理相比，更加精確。
[0027]如上所述，可較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路，連接在移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)接口的供電端和總線(xiàn)端之間，其特征在于，由比較器、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一二極管、第二二極管、第一直流電源、第二直流電源、限流電阻、第一上拉電阻和第二上拉電阻組成； 所述比較器的輸出端連接兩個(gè)NMOS管的柵極，兩個(gè)NMOS管的襯底分別連接供電端和總線(xiàn)端，并與各自的漏極連接，兩個(gè)NMOS管的源極互聯(lián)，并連接第一二極管的正極，限流電阻連接在第一二極管的負(fù)極與比較器反相輸入端之間，比較器正相輸入端通過(guò)第二上拉電阻連接第一直流電源，并連接第二二極管正極，第二二極管負(fù)極連接總線(xiàn)端，比較輸出端通過(guò)第一上拉電阻連接第二直流電源；所述第二直流電源的電壓值大于第一直流電源； 所述總線(xiàn)端與地線(xiàn)之間連接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的柵極、源極和襯底均與地連接，漏極連接總線(xiàn)端，所述供電端和第二 NMOS管的源極之間連接有PMOS管，所述PMOS管的柵極、源極和襯底均與供電端連接，漏極連接第二 NMOS管的源極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路，其特征在于，所述比較器輸出端到地之間連接有發(fā)光二極管。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路，其特征在于，所述限流電阻兩端和地之間分別連接有第一電容和極點(diǎn)電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路，其特征在于，所述比較器正相輸入端和地之間連接有第二電容。
【專(zhuān)利摘要】數(shù)據(jù)及充電傳輸接口保護(hù)電路，連接在移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)接口的供電端和總線(xiàn)端之間，由比較器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二極管、第二二極管、第一直流電源、第二直流電源、限流電阻、第一上拉電阻和第二上拉電阻組成；所述比較器的輸出端連接兩個(gè)NMOS管的柵極，兩個(gè)NMOS管的襯底分別連接供電端和總線(xiàn)端，并與各自的漏極連接；所述第二直流電源的電壓值大于第一直流電源。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)設(shè)備USB電源輸出線(xiàn)的有效保護(hù)，無(wú)論USB電源輸出線(xiàn)VBUS發(fā)生對(duì)電源還是對(duì)地短路，均不影響移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部電路的正常工作，實(shí)現(xiàn)了可靠的短路保護(hù)。
【IPC分類(lèi)】H02H3/08
【公開(kāi)號(hào)】CN204681073
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520400551
【發(fā)明人】鄧鎵卓, 高波, 林妍君, 孫敏麗, 劉貴富, 張淦水
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)四川省電力公司南充供電公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日