如今大多數(shù)電子設(shè)備都有USB" title="USB">USB連接器" title="連接器">連接器，它們通過USB實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和/或?qū)Ρ銛y設(shè)備的電池充電,。雖然USB這種通信協(xié)議已經(jīng)相當普及,，但當目標應(yīng)用需要通過USB連接為設(shè)備供電時，必須注意一些安全防范措施。

電氣特性和防護措施

通過USB連接的下游系統(tǒng)可以由多種類型的主機來供電,。

在連接個人計算機(PC)等標準USB源設(shè)備時,，連接器上將包含Vbus電源" title="電源">電源端子和數(shù)據(jù)端子(D+和D-)。Vbus電壓值由USB規(guī)范明確定義：額定電壓為5V,，最高可達5.25V,。事實上，較長的線纜會因串連電感產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象,。這個最大振鈴紋波電壓取決于移動設(shè)備的輸入電容和寄生電感,。售后非原配件往往具有較低的性能，電纜也會有較高的寄生參數(shù),，這些因素對連接的外設(shè)可能造成潛在危害,。

通常Vbus引腳連接至收發(fā)器的電源輸入引腳(有時會通過最大額定電壓為6V的低壓降穩(wěn)壓器進行連接)，在Vbus電源用于對鋰離子電池充電時(大多數(shù)情況下最大額定電壓為7V或10V)也可以連接至充電器" title="充電器">充電器的輸入引腳,。

但用戶也可以連接外設(shè)為內(nèi)置鋰離子電池充電(如圖1的墻適配器部分),，然后使用市場上出售的墻適配器。在這個案例中,，僅有Vbus引腳和GND被連接,，而D+和D-被短路。
 

圖1：通過外設(shè)為內(nèi)置電池充電,。

根據(jù)這種適配器的質(zhì)量和復(fù)雜程度,，其輸出電壓可能發(fā)生遠遠超過制造目前小型便攜式產(chǎn)品所需敏感電子元件最大額定值的輸出瞬態(tài)現(xiàn)象。

對一些交流-直流電源的基準測試顯示出不良的線路穩(wěn)壓性能,，而在存在光耦反饋(開關(guān)充電器)損耗的情況下更糟糕,，輸出電壓可能升高至20V。

通過在設(shè)備前面設(shè)計過壓保護(OVP)器件,，浪涌效應(yīng)和主機不盡責(zé)現(xiàn)象可以被消除,。

如何設(shè)計

USB電流能力在正常模式下是100mA(未配置模式)，而在配置模式下可達500mA,。為了節(jié)省功率,，在沒有數(shù)據(jù)流量時USB將進入暫停模式。當器件處在暫停模式,，而且又是總線供電的話,，器件將不能從總線抽取超過500μA的電流。一個主機能夠發(fā)出恢復(fù)指令或遠程喚醒指令來激活另一個待機狀態(tài)的主機,。上述要點表明OVP電路需要滿足不同指標要求，如電流能力,、散熱,、欠壓和過壓保護及靜態(tài)電流消耗。

當處在暫停模式時，與Vbus線路串連的OVP器件將呈現(xiàn)最低的電流消耗,，并由收發(fā)器啟動序列喚醒過程(圖2),。
 

圖2：USB器件暫停模式下的電流消耗。

OVP內(nèi)核(圖2)采用的是PMOS驅(qū)動器,，因此電流消耗極低,。為了通過PMOS旁路元件消除任何類型的寄生耦合電壓，必須在盡可能靠近OVP器件的地方安排一些小型輸入和輸出電容(圖3),。
 

圖3：利用輸出電容來消除瞬態(tài)過沖,。

在圖3的案例2中，輸出電容已被移除,。這樣,，當OVP器件輸入端出現(xiàn)快速輸入瞬態(tài)現(xiàn)象時，旁路元件將保持開路,。這時可以在輸出端觀察到過沖,，這個過沖可能會損壞連接至OVP輸出端的電子元器件。為了解決這個問題,，必須在輸出引腳上連接一個輸出電容,，并盡量靠近OVP器件擺放。

由于源極和漏極之間存在PMOS寄生電容,，在輸入脈沖期間正電壓電平將被傳遞,，從而在PMOS驅(qū)動器喚醒期間維持一個比門電位更低的電壓(電容填充)。1個1μF的陶瓷電容足以解決這個問題,。見圖3中的案例1,。