USB防反插保护电路、USB双向插头及USB设备的制作方法

本实用新型属于电子领域，尤其涉及一种USB防反插保护电路、USB双向插头及USB设备。

背景技术：

当前USB插口广泛应用于各种数码产品中，但是有时由于USB的正负极接反了会导致烧毁插接的USB设备，为了防止USB反插时电源短路，目前大多利用二极管来实现保护，但是由于二极管本身有压降，从而会造成电压下降，其输出电压会比输入电压要低，而且电流较大时，二极管压降会很大，电压损失大，从而影响设备正常工作。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种USB防反插保护电路，旨在解决现有USB防反插电路电压损失大的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种USB防反插保护电路，所述电路包括：

USB正面输入端组、USB反面输入端组、USB输出端组和USB正反面切换单元；

所述USB正面输入端组、所述USB反面输入端组和所述USB输出端组均包括电源端、接地端、第一数据端和第二数据端；

所述USB正反面切换单元的第一、第二输入端分别与所述USB正面输入端组的电源端和所述USB反面输入端组的电源端连接，所述USB正反面切换单元的第一、第二控制端分别与所述USB反面输入端组的电源端和所述USB正面输入端组的电源端连接，所述USB正反面切换单元的输出端与所述USB输出端组的电源端连接；

所述USB正反面切换单元由所述USB正面输入端组的电源端和所述USB反面输入端组的电源端控制选择导通正面接入路径或反面接入路径，所述正面接入路径为USB正面输入端组与USB输出端组之间的导通路径，所述反面接入路径为USB反面输入端组与USB输出端组之间的导通路径。

进一步地，所述USB正反面切换单元包括：

第一开关管、第二开关管、电阻R1和电阻R2；

所述第一开关管的电流输入端为所述USB正反面切换单元的第一输入端通过所述电阻R2接地，所述第一开关管的控制端为所述USB正反面切换单元的第一控制端，所述第一开关管的电流输出端为所述USB正反面切换单元的输出端；

所述第二开关管的电流输入端为所述USB正反面切换单元的第二输入端通过所述电阻R1接地，所述第二开关管的控制端为所述USB正反面切换单元的第二控制端，所述第二开关管的电流输出端为所述USB正反面切换单元的输出端。

更进一步地，所述第一开关管、所述第二开关管均为P型MOS管，所述P型MOS管的漏极为所述第一开关管、所述第二开关管的电流输出端，所述P型MOS管的栅极为所述第一开关管、所述第二开关管的控制端，所述P型MOS管的源极为所述第一开关管、所述第二开关管的电流输入端。

更进一步地，所述USB正反面切换单元包括：

电阻R3、电阻R4、电阻R5和切换开关；

所述切换开关的第一、第二输入端分别为所述USB正反面切换单元的第一、第二输入端，所述切换开关的电源端同时与所述电阻R4、所述电阻R5的一端连接，所述电阻R4的另一端为所述USB正反面切换单元的第二控制端与所述切换开关的选择端连接，所述电阻R4的另一端还通过所述电阻R3接地，所述电阻R5的另一端为所述USB正反面切换单元的第一控制端，切换开关的输出端为所述USB正反面切换单元的输出端。

更进一步地，所述切换开关为单刀双掷模拟开关。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种USB双向插头，所述USB双向插头包括具有正反两面的扁平状壳体和上述的USB防反插保护电路，所述电路位于所述壳体中，所述壳体的正面和反面分别具有外露的四根USB通信针，且所述USB通信针均高于所述壳体的正面或反面，所述壳体正面的四根USB通信针分别连接所述电路中的USB正面输入端组，所述壳体反面的四根USB通信针分别连接所述电路中的USB反面输入端组，所述USB双向插头还包括一输出连接端，所述输出连接端与所述电路中的USB输出端组连接。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种采用上述USB双向插头的USB设备。

本实用新型实施例通过低阻抗的USB正反面切换单元分别在USB双向插头正面插接USB座或反面插接USB座时实现单一导通，利用USB正反面切换单元的低阻抗来降低压降损失，防止短路，保障设备正常工作。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的USB防反插保护电路的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的USB防反插保护电路的一示例电路结构图；

图3为本实用新型实施例提供的USB防反插保护电路的另一示例电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例通过低阻抗的USB正反面切换单元分别在USB双向插头正面插接USB座或反面插接USB座时实现单一导通，利用USB正反面切换单元的低阻抗来降低压降损失，防止短路，保障设备正常工作。

图1示出了本实用新型实施例提供的USB防反插保护电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型第一实施例，该USB防反插保护电路可以应用于USB双向插头及USB设备中，包括USB正面输入端组JP1、USB反面输入端组JP2、USB输出端组JP3和USB正反面切换单元11。

USB正面输入端组JP1、USB反面输入端组JP2和USB输出端组JP3均包括接地端GND、第一数据端Dm和第二数据端Dp，USB正面输入端组JP1、USB反面输入端组JP2和USB输出端组JP3还分别包括电源端USB_VCC1、电源端USB_VCC2、电源端USB_VCC_OUT；

USB正反面切换单元11的第一、第二输入端分别与USB正面输入端组JP1的电源端USB_VCC1和USB反面输入端组JP2的电源端USB_VCC2连接，USB正反面切换单元11的第一、第二控制端分别与USB反面输入端组JP2的电源端USB_VCC2和USB正面输入端组JP1的电源端USB_VCC1连接，USB正反面切换单元11的输出端与USB输出端组JP3的电源端USB_VCC_OUT连接；

USB正反面切换单元11由USB正面输入端组JP1的电源端USB_VCC1和USB反面输入端组JP2的电源端USB_VCC2控制选择导通正面接入路径或反面接入路径，该正面接入路径为USB正面输入端组JP1与USB输出端组JP3之间的导通路径，该反面接入路径为USB反面输入端组JP2与USB输出端组JP3之间的导通路径。

在本实用新型实施例中，其中USB正面输入端组JP1连接到USB双向插头的正面，USB反面输入端组JP2连接到USB双向插头的反面，USB输出端组JP3连接到USB双向插头的输出连接端；

当USB双向插头的正面朝上插入USB座时，由USB正面输入端组JP1与USB座电连接，USB正反面切换单元11控制USB正面输入端组JP1的电源输出到USB输出端组JP3；

当USB双向插头的反面朝上插入USB座时，由USB反面输入端组JP2与USB座电连接，USB正反面切换单元11控制USB反面输入端组JP2的电源输出到USB输出端组JP3；

该USB正反面切换单元11由低阻抗的器件组成，所以即使电流较大，在USB正反面切换单元11上面损失的压降也会很小。

本实用新型实施例通过低阻抗的USB正反面切换单元分别在USB双向插头正面插接USB座或反面插接USB座时，双面的通信针不是直接连接在一起，避免USB座的弹片与通信针接触而造成的短路，实现单一导通，利用USB正反面切换单元的低阻抗来降低压降损失，防止短路，保障设备正常工作。

图2示出了本实用新型实施例提供的USB防反插保护电路的一示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一优选实施例，基于第一实施例的电路结构，进一步地，该USB正反面切换单元11包括第一开关管101、第二开关管102、电阻R1和电阻R2。

第一开关管101的电流输入端为USB正反面切换单元11的第一输入端通过电阻R2接地，第一开关管101的控制端为USB正反面切换单元11的第一控制端，第一开关管101的电流输出端为USB正反面切换单元11的输出端；

第二开关管102的电流输入端为USB正反面切换单元11的第二输入端通过电阻R1接地，第二开关管102的控制端为USB正反面切换单元11的第二控制端，第二开关管102的电流输出端为USB正反面切换单元11的输出端。

优选地，第一开关管101为P型MOS管Q1，P型MOS管Q1的漏极为第一开关管101的电流输出端，P型MOS管Q1的栅极为第一开关管101的控制端，P型MOS管Q1的源极为第一开关管101的电流输入端；

第二开关管102为P型MOS管Q2，P型MOS管Q2的漏极为第二开关管102的电流输出端，P型MOS管Q2的栅极为第二开关管102的控制端，P型MOS管Q2的源极为第二开关管102的电流输入端。

在本实用新型实施例中，当USB双向插头的正面朝上插入USB座时，由USB正面输入端组JP1与USB座电连接，由于USB_VCC2通过电阻R1连接到地，所以P型MOS管Q1为导通状态，电源通过P型MOS管Q1输出到USB输出端组JP3；

P型MOS管Q2由于USB_VCC1>＝USB_VCC_OUT，P型MOS管Q2处于截止状态，电流不会从USB_VCC_OUT流到USB_VCC2，即使USB座触点与USB_VCC2连接也不会影响USB通信；

同理，当USB双向插头的反面朝上插入USB座时，由USB反面输入端组JP2与USB座连接，P型MOS管Q2导通，P型MOS管Q1截止，USB可正常通信。

由于MOS管本身的阻抗很低，所以即使电流较大，在MOS管上面损失的压降也会很小。

本实用新型实施例通过MOS管组成USB正反面切换单元分别在USB双向插头正面插接USB座或反面插接USB座时实现单一导通，利用MOS管本身的低阻抗来降低压降损失，防止短路，保障设备正常工作。

图3示出了本实用新型实施例提供的USB防反插保护电路的另一示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一优选实施例，基于第一实施例的电路结构，进一步地，该USB正反面切换单元11包括电阻R3、电阻R4、电阻R5和切换开关U1。

切换开关U1的第一输入端B1、第二输入端B0分别为USB正反面切换单元11的第一、第二输入端，切换开关U1的电源端VCC同时与电阻R4、电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端为USB正反面切换单元11的第二控制端，电阻R4的另一端与切换开关U1的选择端VCC_SEL连接，电阻R4的另一端还通过电阻R3接地，电阻R5的另一端为USB正反面切换单元11的第一控制端，切换开关U1的接地端GND与USB正面输入端组JP1的接地端GND连接，切换开关U1的输出端A为USB正反面切换单元11的输出端。

优选地，切换开关U1为单刀双掷模拟开关。

在本实用新型实施例中，电阻R3远小于电阻R4和电阻R5。

当USB双向插头的正面朝上插入USB座时，由USB正面输入端组JP1与USB座连接，其电源端USB_VCC1通过电阻R3连接到切换开关U1的选择端VCC_SEL，切换开关U1选中B1通道，电流从切换开关U1的第一输入端B1流向输出端A，B0通道不会导通。

同理，当USB双向插头的反面朝上插入USB座时，由USB反面输入端组JP2与USB座连接，其电源端USB_VCC2通过电阻R5和电阻R4串联再与电阻R3分压连接到切换开关U1的选择端VCC_SEL，由于电阻R3远小于电阻R4和电阻R5，切换开关U1的选择端VCC_SEL输出低电平，选中B0通道，电流从切换开关U1的第二输入端B0流向输出端A，B1通道截止。

由于模拟开关本身的阻抗可以做到很低，所以即使电流较大，在模拟开关上面损失的压降也会很小。

本实用新型实施例应用模拟开关，在USB双向插头正面插接USB座或反面插接USB座时实现单一导通，利用模拟开关本身的低阻抗来降低压降损失，防止短路，保障设备正常工作。

作为本实用新型一实施例，该USB双向插头包括具有正反两面的扁平状壳体和上述的USB防反插保护电路，电路位于壳体中，壳体的正面USB_IN TOP和反面USB_IN BOT分别具有外露的四根USB通信针，且USB通信针均高于壳体的正面USB_IN TOP或反面USB_IN BOT，壳体正面USB_IN TOP的四根USB通信针分别连接电路中的USB正面输入端组JP1，壳体反面USB_IN BOT的四根USB通信针分别连接电路中的USB反面输入端组JP2，USB双向插头还包括一输出连接端USB_OUT，输出连接端USB_OUT与电路中的USB输出端组JP3连接。

在本实用新型实施例中，壳体的两面都有四根USB通信针，从正面USB_IN TOP或反面USB_IN BOT插入终端的USB座都能与终端连接。为了获得良好接触，四根通信针通常比壳体的塑胶面要高。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种采用上述USB双向插头的USB设备。

本实用新型实施例通过低阻抗的USB正反面切换单元分别在USB双向插头正面插接USB座或反面插接USB座时实现单一导通，即使USB座里面有两个金属弹片，USB双向插头插入USB座后导致其中一面与USB座的金属弹片连接，但仍能保障设备正常工作，而且利用USB正反面切换单元的低阻抗来降低压降损失，防止短路，保障设备正常工作。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。