USB 3.0的電路保護方案

在所有這些應(yīng)用中，高分子聚合物正溫度系數(shù)器件(PPTC)為USB過流保護提供了最具性價比的解決方案。PPTC器件可用于USB 3.0主機應(yīng)用、USB 3.0集線器應(yīng)用、USB充電器應(yīng)用，以及USB 3.0 Powered-B連接器應(yīng)用中的電流限流保護。在USB電源的VBUS端口安裝的PPTC PolySwitch器件可在短路時限流，防止因下游電路突然短路造成的過流損壞，并有助于實現(xiàn)UL60950標準。

USB電源端口上的過壓保護

盡管USB定義了電源總線，但這并沒有消除與過壓相關(guān)的風險。過壓事件可由一系列失效條件導致，包括用戶錯誤、穩(wěn)壓很差的第三方電源、熱拔出事件和電感瞬變等。接口和充電系統(tǒng)也會產(chǎn)生負電壓，這會導致未受保護的外部設(shè)備受損。盡管USB 2.0 電源的標稱誤差為5V±5%，但許多采用USB 2.0接口的大規(guī)模系統(tǒng)仍被設(shè)計成可承受16V甚至28V電壓(連續(xù))。

由于USB 3.0提高了正常工作電流及其上限，因此，針對傳統(tǒng)0.5A 端口設(shè)計的過壓保護器件可能就不太適合用于保護新的每端口0.9A的USB 3.0接口。當一個0.9A主機拔出時，高壓感應(yīng)尖峰就會產(chǎn)生，它可能會損壞總線上的其它設(shè)備。一個設(shè)計良好的總線將能吸收這些尖峰電壓，從而保護設(shè)備免受尖峰電壓的損害。

泰科電子的內(nèi)部測試顯示，熱插拔引起的瞬態(tài)電壓盡管非常短暫，但電壓值可超過16～24V。內(nèi)部測試還發(fā)現(xiàn)，開路電壓大幅超過USB規(guī)范要求(5V±5%)的第三方充電器，可能對敏感的電子設(shè)備構(gòu)成威脅。將過壓保護器件(如PolyZen聚合物保護齊納二極管器件)放置在所有USB供電設(shè)備的電源輸入端(特別是在VBUS端口)，有助于保護設(shè)備免遭過壓事件造成的損壞。

對于USB 3.0設(shè)備，PolyZen器件可安裝在USB輸入端口的VBUS上、Powered-B插頭的DPWR端口、桶形插座電源端口、以及USB集線器的VBUS輸入端。

必須注意，USB 3.0不再支持總線供電集線器而僅支持自供電集線器。在USB 3.0應(yīng)用中，需要一個電源來為集線器的所有端口供電。如果在集線器的輸入端使用一個直流電源連接器，那么就必須安裝一個電路保護器件來保護集線器免受過壓事件的損害，如未穩(wěn)流或錯誤電源、反向電壓和瞬態(tài)電壓。

圖2顯示了如何在VBUS上安裝PolyZen器件以及在一個典型USB電路上安裝6個低電容值PESD器件，才能幫助提供綜合過壓保護方案。

圖2：綜合的設(shè)備側(cè)過壓保護解決方案。

ESD保護

瞬態(tài)過壓經(jīng)常是由ESD引起的，它可能會出現(xiàn)在電源總線和數(shù)據(jù)線上。盡管現(xiàn)代IC可對抗高達2000V的高壓，但人體很容易產(chǎn)生出高達25000V的靜電。在I/O端口保護應(yīng)用中，數(shù)據(jù)線上的ESD器件必須具備以下特性：快速箝位、快速恢復響應(yīng)和極低電容值。