簡單電路輕松解決帶電插拔過程的USB電流過沖問題

將一個簡單的錄音筆或其它外設(shè)插入USB端口時，可能導(dǎo)致不希望發(fā)生的系統(tǒng)復(fù)位。此時需要在端口前端提供一個限流器，在插拔端口時提供短路和過載保護(hù)。為USB端口產(chǎn)生5V電源時，該電路能夠抑制USB連接器熱插拔過程中的峰值浪涌電流，并根據(jù)端口需要將工作電流限制在500mA以內(nèi)。

這種接口的一個特征是需要給各種需要連接的外設(shè)供電，例如：錄音筆、小型硬盤、調(diào)制解調(diào)器、MP3讀取器、存儲器卡等。服務(wù)器板提供12V主電源供電，有些應(yīng)用中包含一個buck轉(zhuǎn)換器，將該電壓降至3.3V，用于邏輯電路供電。還需要一個升壓電路，把3.3V電壓提升到標(biāo)準(zhǔn)的USB端口電壓(5V，可提供500mA電流)。

帶電插入外設(shè)時可能引發(fā)一些問題：瞬間在端口的5V引腳插入一個不是純電阻的負(fù)載，由于存在容性元件，會產(chǎn)生快速、大幅度的電流，使得USB端口的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出500mA。

把一個大功率的硬盤連接到端口時同樣會發(fā)生類似問題，此時的容性負(fù)載不再是主要問題，硬盤的標(biāo)稱工作電流可能超出500mA，這是引起系統(tǒng)復(fù)位或電源進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)的關(guān)鍵原因。為了抑制浪涌電流，把最大輸出電流限制在500mA以內(nèi)，我們需要在5V電源和端口的VOUT引腳之間增加保護(hù)電路。

負(fù)載接入時，由于保護(hù)器件不能在瞬間實現(xiàn)限流(電路沒有達(dá)到故障電流限制或發(fā)生自激)，帶電插拔后會出現(xiàn)一段短暫的盲區(qū)，使系統(tǒng)建立穩(wěn)定。在此期間電源必須能夠承受浪涌電流的沖擊。降壓轉(zhuǎn)換器由于利用ILIMIT電阻對IOUT進(jìn)行檢測，能夠處理一定的浪涌，電流環(huán)路將IOUT保持在電阻設(shè)置的門限以內(nèi)。升壓轉(zhuǎn)換器則不具備這一功能。

升壓轉(zhuǎn)換器的電感在VIN和負(fù)載之間提供了一個連續(xù)通道，當(dāng)電源不能為負(fù)載提供足夠的電流時，開始為升壓轉(zhuǎn)換器的電壓源充電。有些情況下，可能造成監(jiān)控電路觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位，導(dǎo)致圖1所示的系統(tǒng)失效。

圖1. 在為USB端口產(chǎn)生5V電源的同時，該電路能夠抑制USB連接器熱插拔過程中的峰值浪涌電流，并根據(jù)端口需要將工作電流限制在500mA以內(nèi)。

對5V boost電路進(jìn)行簡單修改可以解決這一問題：在boost轉(zhuǎn)換器輸出和反饋電阻分壓器之間插入一個小電阻(大約0.5Ω)。由于5V轉(zhuǎn)換器補償該電阻兩端的壓差，作用在IOUT限制器(MAX8586)的電壓與5V負(fù)載電流無關(guān)。這一電路改動能夠在帶電插入錄音筆等低電容負(fù)載(1μF)時避免出現(xiàn)較高的尖峰電流，這種尖峰電流會導(dǎo)致boost轉(zhuǎn)換器，然后是3.3V總線過載而復(fù)位系統(tǒng)。0.5Ω電阻不僅在系統(tǒng)處于“盲區(qū)”期間將峰值電流限制在合理范圍內(nèi)，還能夠?qū)OUT的最大值限制在500mA，滿足USB端口的要求。