一种usb电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种USB电路，包括电源、功率管、电荷泵、USB接口和续流支路；功率管的输入端连接至电源的正极，功率管的输出端连接至USB接口的第一触点，功率管的控制端连接至电荷泵；USB接口的第二触点连接至电源的负极，同时电源的负极接地；该续流支路的第一端连接至功率管的输出端，续流支路的第二端连接至电源的负极，续流支路在功率管关断时形成电流通路。本实用新型公开的USB电路，在接入USB接口的负载发生过流关断功率管时，可以为功率管提供可靠的保护，防止功率管被损毁。
【专利说明】—种USB电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于供电【技术领域】，尤其涉及一种USB电路。
【背景技术】
[0002]USB (Universal Serial Bus,通用串行外线)是电子设备中最通用、最流行的一种接口。计算机的外围设备(如键盘、鼠标、打印机和扫描仪)，以及MP3、MP4和数码相机都可以通过USB接口连接至计算机。
[0003]现在的USB电路包括电源、功率管、电荷泵(也称为开关电容式电压变换器)和USB接口，电源的正极通过功率管连接至USB接口的第一触点，电源的负极连接至USB接口的第二触点，功率管的控制端连接至电荷泵。当负载接入USB接口后，负载通过第一触点和第二触点连接至电源。
[0004]图1示出了现有的USB电路在接入负载后的等效电路，其中输入电容Cin和输出电容Qjut为导线产生的分布电容，输出电感Ltot为导线产生的分布电感。当接入的负载发生过流现象时，外围保护电路控制功率管关断，从而将电源和负载隔离，使得USB接口能够安全可靠的工作。
[0005]但是由于功率管和负载之间由导线连接，导线在通电状态下存在电感效应。在功率管关断之后，输出电感Ltot产生的电流Ium会对输出电容Ctm进行放电，使得输出电压Vtot出现电压负脉冲，如图2所不。输出电感Lotjt越大、输出电容Cotjt越小，输出电压Vmjt的电压负脉冲越严重，一旦超出功率管的安全工作区域，就会导致功率管的损毁。
实用新型内容
[0006]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种USB电路，在接入USB接口的负载发生过流关断功率管时，可以为功率管提供可靠的保护，防止功率管被损毁。
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0008]本实用新型公开了一种USB电路，包括电源、功率管、电荷泵、USB接口和续流支路；
[0009]所述功率管的输入端连接至所述电源的正极，所述功率管的输出端连接至所述USB接口的第一触点，所述功率管的控制端连接至所述电荷泵；
[0010]所述USB接口的第二触点连接至所述电源的负极，所述电源的负极接地；
[0011]所述续流支路的第一端连接至所述功率管的输出端，所述续流支路的第二端连接至所述电源的负极，所述续流支路在所述功率管关断时形成电流通路。
[0012]优选的，在上述USB电路中，所述续流支路包括N沟道场效应管和电压比较器；
[0013]所述N沟道场效应管的漏极作为所述续流支路的第一端连接至所述功率管的输出端，所述N沟道场效应管的源极作为所述续流支路的第二端连接至所述电源的负极；
[0014]所述电压比较器的正相输入端接入负电压，所述电压比较器的反相输入端连接至所述N沟道场效应管的漏极，所述电压比较器的输出端连接至所述N沟道场效应管的栅极。[0015]优选的，在上述USB电路中，所述续流支路包括二极管，所述二极管的阴极作为所述续流支路的第一端连接至所述功率管的输出端，所述二极管的阳极作为所述续流支路的第二端连接至所述电源的负极。
[0016]优选的，在上述USB电路中，所述二极管为肖特基二极管。
[0017]优选的，在上述USB电路中，所述功率管为N沟道场效应管。
[0018]由此可见，本实用新型的有益效果为:本实用新型公开的USB电路，在原有USB电路的基础上，进一步设置续流支路，该续流支路的第一端连接至功率管的输出端、第二端连接至电源的负极，当功率管关断之后，输出电感产生电流，续流支路为该电流提供了续流通道，避免电流从功率管寄生的PN结流出，从而对功率管进行保护，防止功率管被损毁。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为现有的USB电路在接入负载后的等效电路图；
[0021]图2为现有的USB电路在负载发生过流后的等效电路图；
[0022]图3为本实用新型实施例一公开的一种USB电路的结构示意图；
[0023]图4为图3所示USB电路的等效电路图；
[0024]图5为本实用新型实施例二公开的另一种USB电路的结构示意图；
[0025]图6为图5所示USB电路的等效电路图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型公开一种USB电路，包括电源、功率管、电荷泵、USB接口和续流支路。其中，功率管的输入端连接至电源的正极，功率管的输出端连接至USB接口的第一触点，功率管的控制端连接至电荷泵。USB接口的第二触点连接至电源的负极，同时电源的负极接地。续流支路的第一端连接至功率管的输出端，续流支路的第二端连接至电源的负极，该续流支路在功率管关断时形成电流通路。
[0027]将负载接入USB电路的USB接口后，负载的正供电端与USB接口的第一触点电连接，负载的负供电端与USB接口的第二触点电连接。当功率管导通时，USB电路为接入的负载提供工作电流。当负载发生过流时，外围保护电路控制电荷泵关断功率管。在功率管关断之后，输出电感(由导线产生的分布电感)产生电流，该电流流过续流支路，避免电流从功率管寄生的PN结流出，从而对功率管进行保护，防止功率管被损毁。
[0028]本实用新型公开的USB电路，在原有USB电路的基础上，进一步设置续流支路，该续流支路的第一端连接至功率管的输出端、第二端连接至电源的负极，当功率管关断之后，输出电感产生电流，续流支路为该电流提供了续流通道，避免电流从功率管寄生的PN结流出，从而对功率管进行保护，防止功率管被损毁。
[0029]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0030]实施例一
[0031]参见图3，图3为本实用新型实施例一公开的USB电路的结构示意图。该USB电路包括电源V1、功率管Ql、电荷泵1、USB接口 2和续流支路3。
[0032]其中:
[0033]电源Vl的正极连接至功率管Ql的输入端，功率管Ql的输出端连接至USB接口 2的第一触点，功率管Ql的控制端连接至电荷泵1，USB接口 2的第二触点连接至电源Vl的负极，同时电源Vl的负极接地。
[0034]续流支路3包括N沟道场效应管Q2和电压比较器COMl。N沟道场效应管Q2的漏极连接至功率管Ql的输出端，N沟道场效应管Q2的源极连接至电源Vl的负极。电压比较器COMl的反相输入端连接至N沟道场效应管Q2的漏极，电压比较器COMl的正相输入端接入负电压，该负电压作为输入失调电压，电压比较器COMl的输出端连接至N沟道场效应管Q2的栅极。实施中，可以将电压比较器COMl的正相输入端连接至负电源V2。
[0035]将负载接入USB接口 2之后，图3所示USB电路的等效电路如图4所示，其中输入电容Cin和输出电容Cmjt为导线产生的分布电容,输出电感Lotjt为导线产生的分布电感。
[0036]在正常状态下，电荷泵I控制功率管Ql导通，此时电压比较器COMl的反相输入端的电压高于正相输入端的电压，电压比较器COMl输出低电平,控制N沟道场效应管Q2关断，电源Vl为接入的负载4提供工作电流。
[0037]当接入的负载4出现过流时，电荷泵I控制功率管Ql关断，输出电压Vott出现电压负脉冲。此时，电压比较器COMl反相输入端的电压低于正相输入端的电压,其输出端输出一个高电平，在高电平的作用下，N沟道场效应管Q2导通从而形成电流通路，将输出电压Vout钳位到0V，从而降低输出电压Vott的下冲程度，保证功率管Ql工作于安全工作区域，防止功率管Ql被损坏。
[0038]设备在正常启动时，输出电压Vtot应为0V，但该输出电压Vtot可能存在波动，导致输出电压Vott出现负值。假如电压比较器COMl的正相输入端直接接地，而未接入输入失调电压(也就是未接入负电压)，当输出电压Vott出现负值时，电压比较器COMl会输出高电平，从而驱动N沟道场效应管Q2导通，这样就导致输出电压Vott对地有一个漏电流，在严重状态下输出电压Vtot会被钳位在0V，导致设备无法启动。因此，为了避免出现电压波动导致设备无法启动的情况，在电压比较器COMl的正相输入端接入负电压。
[0039]在电压比较器COMl的正相输入端接入的负电压的幅值可以根据电源Vl的电压波动情况设定。实施中，可将该负电压设置于-0.1V至-0.5V之间。
[0040]本实用新型实施例一公开的USB电路，其续流支路包括N沟道场效应管和电压比较器，该电压比较器在输出电压出现负脉冲时输出高电平，控制N沟道场效应管导通以形成电流通路，从而将输出电压钳位在0V，降低输出电压Vott的下冲程度，保证功率管Ql工作于安全工作区域，防止功率管Ql被损坏。
[0041]实施例二
[0042]参见图5，图5为本实用新型实施例二公开的USB电路的结构示意图。该USB电路包括电源V1、功率管Ql、电荷泵1、USB接口 2和续流支路3。
[0043]其中:
[0044]电源Vl的正极连接至功率管Ql的输入端，功率管Ql的输出端连接至USB接口 2的第一触点，功率管Ql的控制端连接至电荷泵1，USB接口 2的第二触点连接至电源Vl的负极，同时电源Vl的负极接地。
[0045]续流支路3包括二极管D1，二极管Dl的阴极作为续流支路3的第一端连接至功率管Ql的输出端，二极管Dl的阳极作为续流支路3的第二端连接至电源的负极。
[0046]将负载接入USB接口 2之后，图5所示USB电路的等效电路如图6所示，其中输入电容Cin和输出电容Cmjt为导线产生的分布电容,输出电感Lotjt为导线产生的分布电感。
[0047]在正常状态下，电荷泵I控制功率管Ql导通，电源Vl为接入的负载4提供工作电流。
[0048]当接入的负载4出现过流时，电荷泵I控制功率管Ql关断，输出电感Lqut产生的电流使得二极管Dl导通从而形成电流通路，由二极管Dl进行续流，此时电流路径为:由二极管Dl的正极(地)到二极管Dl的负极(Vqut)，再通过输出电感Lqut流回到地。由于二极管DI的续流，输出电容Cmjt不会被输出电感Lmjt的电流进行放电，因此输出电压Votjt不会下降，也就是Vtot不会发生大的电压下冲(undershoot)，从而使得功率管Ql得到保护，防止功率管Ql被损坏。
[0049]实施中，二极管Dl优选采用肖特基二极管。肖特基二极管是低功耗、超高速半导体器件，其正向导通压降仅有0.4V左右，反向恢复时间短。
[0050]在本实用新型上述公开的各个USB电路中，功率管Ql可以采用N沟道场效应管，如图3至图6所示，功率管Ql的输入端为漏极、输出端为源极、控制极为栅极。当然，功率管Ql也可以采用其他开关器件，如三极管。
[0051]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0052]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种USB电路，其特征在于，包括电源、功率管、电荷泵、USB接口和续流支路； 所述功率管的输入端连接至所述电源的正极，所述功率管的输出端连接至所述USB接口的第一触点，所述功率管的控制端连接至所述电荷泵； 所述USB接口的第二触点连接至所述电源的负极，所述电源的负极接地； 所述续流支路的第一端连接至所述功率管的输出端，所述续流支路的第二端连接至所述电源的负极，所述续流支路在所述功率管关断时形成电流通路。
2.根据权利要求1所述的USB电路，其特征在于，所述续流支路包括N沟道场效应管和电压比较器； 所述N沟道场效应管的漏极作为所述续流支路的第一端连接至所述功率管的输出端，所述N沟道场效应管的源极作为所述续流支路的第二端连接至所述电源的负极； 所述电压比较器的正相输入端接入负电压，所述电压比较器的反相输入端连接至所述N沟道场效应管的漏极，所述电压比较器的输出端连接至所述N沟道场效应管的栅极。
3.根据权利要求1所述的USB电路，其特征在于，所述续流支路包括二极管； 所述二极管的阴极作为所述续流支路的第一端连接至所述功率管的输出端，所述二极管的阳极作为所述续流支路的第二端连接至所述电源的负极。
4.根据权利要求3所述的USB电路，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的USB电路，其特征在于，所述功率管为N沟道场效应管。
【文档编号】H02H3/08GK203747365SQ201320869522
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】覃超, 张旭光 申请人:上海新进半导体制造有限公司