數據及充電傳輸接口保護電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電子電路領域，具體地，涉及一種數據及充電傳輸接口保護電路。
【背景技術】
[0002]為了保證使用安全，移動設備，例如野外數據采集時使用的車載設備的安全性能要求很高，在設計時便要保證故障發生率盡量低。作為目前應用最為廣泛的移動外設與主機間通訊接口，USB (Universal Serial Bus)具有成本低、使用簡單、支持即插即用、易于擴展等特點，在車載娛樂和存儲設備上獲得了廣泛的應用。因為USB接口提供了內置電源，可提供500mA以上的電流，對于一些功率較大的設備，如移動硬盤等，其瞬時驅動電流則可達到IA以上。對于USB總線這種可以直接輸出電源的接口，可能發生接口電路對電源或對地短路的情況，此時將會損壞機體。
【實用新型內容】
[0003]為克服可對外供電充電的移動設備接口發生對電源或地短路時大電流損壞內部器件及設備的技術缺陷，本實用新型公開了一種數據及充電傳輸接口保護電路。
[0004]數據及充電傳輸接口保護電路，連接在移動設備數據接口的供電端和總線端之間，其特征在于，由比較器、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一二極管、第二二極管、第一直流電源、第二直流電源、限流電阻、第一上拉電阻和第二上拉電阻組成；
[0005]所述比較器的輸出端連接兩個NMOS管的柵極，兩個NMOS管的襯底分別連接供電端和總線端，并與各自的漏極連接，兩個NMOS管的源極互聯，并連接第一二極管的正極，限流電阻連接在第一二極管的負極與比較器反相輸入端之間，比較器正相輸入端通過第二上拉電阻連接第一直流電源，并連接第二二極管正極，第二二極管負極連接總線端，比較輸出端通過第一上拉電阻連接第二直流電源；所述第二直流電源的電壓值大于第一直流電源；
[0006]所述總線端與地線之間連接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的柵極、源極和襯底均與地連接，漏極連接總線端，所述供電端和第二 NMOS管的源極之間連接有PMOS管，所述PMOS管的柵極、源極和襯底均與供電端連接，漏極連接第二 NMOS管的源極。
[0007]優選的，所述比較器輸出端到地之間連接有發光二極管。
[0008]優選的，所述限流電阻兩端和地之間分別連接有第一電容和極點電阻。
[0009]優選的，所述比較器正相輸入端和地之間連接有第二電容。
[0010]本實用新型所述數據及充電傳輸接口保護電路，可以實現對移動設備USB電源輸出線的有效保護，無論USB電源輸出線VBUS發生對電源還是對地短路，均不影響移動設備內部電路的正常工作，實現了可靠的短路保護。通過使用成本極低的普通分離器件，大幅降低了制造成本。
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型一種【具體實施方式】示意圖；
[0012]附圖中標記及相應的零部件名稱:VIN-供電端，VBUS-第一分壓電阻，VCCl-第一直流電源，VCC2-第二直流電源，COMP-比較器，Rl -限流電阻，R2-極點電阻，R3-第一上拉電阻，R4-第二上拉電阻，Dl-第一二極管，D2-第二二極管，D3-發光二極管，Cl -第一電容，C2-第二電容，Ml-第一匪OS管，M2-第二匪OS管，M3-第三匪OS管，M4-PM0S管。
【具體實施方式】
[0013]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0014]本實用新型所述數據及充電傳輸接口保護電路，連接在移動設備數據接口的供電端和總線端之間，其特征在于，由比較器、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一二極管、第二二極管、第一直流電源、第二直流電源、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第一上拉電阻和第二上拉電阻組成；
[0015]所述比較器的輸出端連接兩個NMOS管的柵極，兩個NMOS管的襯底分別連接供電端和總線端，并與各自的漏極連接，兩個NMOS管的源極互聯，并連接第一二極管的正極，限流電阻連接在第一二極管的負極與比較器反相輸入端之間，比較器正相輸入端通過第二上拉電阻連接第一直流電源，并連接第二二極管正極，第二二極管負極連接總線端，比較輸出端通過第一上拉電阻連接第二直流電源；
[0016]所述第二直流電源的電壓值大于第一直流電源。
[0017]例如第一直流電源取3.3V，第二直流電源取12V，此時對于供電端，輸入電壓應該在3.3至12V之間，例如為5V。
[0018]對于兩個NMOS管，漏極為P區，襯底為N區，襯底與漏極連接，形成從漏極指向襯底的二極管，對于兩個NMOS管連接在一起的源極A點，當在VBUS端接入外界設備時，無論VBUS端電壓高于或低于5V，在A點電壓都是VBUS端和VIN端之間的較高者。
[0019]當VBUS端電壓在第一直流電源和第二直流電源電壓區間值之外，即大于12V或小于3.3V時，例如當小于3.3V時，A點電壓為5V，通過第一二極管Dl和限流電阻在比較器反相輸入端電壓輸入，而由于VBUS電壓低于3.3V，使第二二極管導通，在比較器正相輸入端，電壓為低于3.3V的值，比較器輸出低電平，關閉兩個MOS管，避免VBUS端電壓過低，即通常的短路接地時，造成VIN與地之間短路。而當VBUS電壓高于5V時，A點電壓為VBUS電壓，但第二二極管不導通，使比較器正相輸入端電壓仍然為第一直流電源的3.3V,比較器正相輸入端輸入電壓高于5V，輸出電壓仍然為負值，兩個MOS管保持關閉，此時不充電，避免電流倒灌5V電壓，損害電池。
[0020]而當VBUS電壓高于第二直流電源12V時，由于此時對于第二 NMOS管，柵極電壓被VCC2限制在12V，VGS已經變為負值，M2不會導通，避免高壓損害內部器件。
[0021]所述總線端與地線之間還連接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的柵極、源極和襯底均與地連接，漏極連接總線端，所述供電端和第二 NMOS管的源極之間連接有PMOS管，所述PMOS管的柵極、源極和襯底均與供電端連接，漏極連接第二 NMOS管的源極
[0022]第三NMOS管M3和PMOS管的作用是為總線端提供靜電防護電路，由于總線端暴露在外，并且由于外接設備，例如U盤的頻繁插拔，遭遇靜電破壞的可能性較大，靜電保護電路為總線端VBUS提供靜電防護，在正常狀態下，由于兩個MOS管的柵源連接在一起，VGS=0，兩個MOS均不導通，不影響電路正常工作。
[0023]當遭遇靜電脈沖時，以該引腳遭遇正電壓靜電脈沖，并向地線瀉放為例，該靜電電壓通過第三NMOS管M3的柵漏寄生電容耦合到M3柵極，使M3導通，從而向地線瀉放靜電電壓，若遭遇負電壓靜電脈沖，則地線電位高于VBUS端，使M3的襯底到漏極的寄生二極管導通，使負的高壓靜電瀉放，避免高壓靜電直接作用于內部器件，例如比較器的輸入端等，破壞內部電路。
[0024]對PMOS管M4，瀉放原理近似，所不同的是，由于第二 NMOS管M2連接在總線端和A點之間，存在從總線端指向A點正向導通的寄生二極管，在總線端VBUS遭遇相對供電端VIN的正高壓靜電脈沖時，靜電首先通過該寄生二極管到到達A點，再從A點通過PMOS管M4的漏極-襯底寄生二極管到達供電端，反之，當總線端VBUS遭遇相對供電端VIN的負高壓靜電脈沖時，則均通過第二 NMOS管M2和PMOS管M4的柵漏寄生電容耦合到柵極，使相應的MOS管導通，從而建立從VBUS端到VIN端的靜電瀉放通路。
[0025]可以在比較器輸出端設置一個發光二極管D3，正負極分別連接比較器輸出端和地，在比較器輸出正電壓，兩個NMOS管開啟時，D3發光，提示此時數據接口正常，如D3不亮，則比較器輸出低電平，表示接入電源幅值超范圍。
[0026]本實用新型A點反饋到比較器反相輸入端，實際構成一個反饋環路，為提高環路穩定性，可以采取在輸入端接電容的措施，例如在所述限流電阻兩端和地之間分別連接有第一電容和極點電阻，或在所述比較器正相輸入端和地之間連接有第二電容，都可以提供一個主極點，其中第一種方式更加復雜，通常極點電阻R2阻值遠大于R1，盡量削弱Rl、R2分壓帶來的在比較器輸入端帶來的電壓變化影響，R2和Cl共同提供一個主極點，通過對R2的調節，可以更好的調節主極點的位置，這與第二種方式僅在輸入端連接C2電容，對比較器的輸入阻抗模糊處理相比，更加精確。
[0027]如上所述，可較好的實現本實用新型。
【主權項】
1.數據及充電傳輸接口保護電路，連接在移動設備數據接口的供電端和總線端之間，其特征在于，由比較器、第一 NMOS管、第二 NMOS管、第一二極管、第二二極管、第一直流電源、第二直流電源、限流電阻、第一上拉電阻和第二上拉電阻組成； 所述比較器的輸出端連接兩個NMOS管的柵極，兩個NMOS管的襯底分別連接供電端和總線端，并與各自的漏極連接，兩個NMOS管的源極互聯，并連接第一二極管的正極，限流電阻連接在第一二極管的負極與比較器反相輸入端之間，比較器正相輸入端通過第二上拉電阻連接第一直流電源，并連接第二二極管正極，第二二極管負極連接總線端，比較輸出端通過第一上拉電阻連接第二直流電源；所述第二直流電源的電壓值大于第一直流電源； 所述總線端與地線之間連接有第三NMOS管，所述第三NMOS管的柵極、源極和襯底均與地連接，漏極連接總線端，所述供電端和第二 NMOS管的源極之間連接有PMOS管，所述PMOS管的柵極、源極和襯底均與供電端連接，漏極連接第二 NMOS管的源極。2.根據權利要求1所述的數據及充電傳輸接口保護電路，其特征在于，所述比較器輸出端到地之間連接有發光二極管。3.根據權利要求1所述的數據及充電傳輸接口保護電路，其特征在于，所述限流電阻兩端和地之間分別連接有第一電容和極點電阻。4.根據權利要求1所述的數據及充電傳輸接口保護電路，其特征在于，所述比較器正相輸入端和地之間連接有第二電容。
【專利摘要】數據及充電傳輸接口保護電路，連接在移動設備數據接口的供電端和總線端之間，由比較器、第一NMOS管、第二NMOS管、第一二極管、第二二極管、第一直流電源、第二直流電源、限流電阻、第一上拉電阻和第二上拉電阻組成；所述比較器的輸出端連接兩個NMOS管的柵極，兩個NMOS管的襯底分別連接供電端和總線端，并與各自的漏極連接；所述第二直流電源的電壓值大于第一直流電源。本實用新型可以實現對移動設備USB電源輸出線的有效保護，無論USB電源輸出線VBUS發生對電源還是對地短路，均不影響移動設備內部電路的正常工作，實現了可靠的短路保護。
【IPC分類】H02H3/08
【公開號】CN204681073
【申請號】CN201520400551
【發明人】鄧鎵卓, 高波, 林妍君, 孫敏麗, 劉貴富, 張淦水
【申請人】國網四川省電力公司南充供電公司, 國家電網公司
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月11日