USB 3.0 的电路保护注意事项

时间:2023-09-22
    无处不在的通用串行总线 (USB) 接口即将经历另演变,以满足不断增长的连接带宽需求。USB 3.0(即“SuperSpeed USB”)预计将在传输速度、电源管理和灵活性方面实现重大飞跃。
    无处不在的通用串行总线 (USB) 接口即将经历另演变,以满足不断增长的连接带宽需求。USB 3.0(即“SuperSpeed USB”)预计将在传输速度、电源管理和灵活性方面实现重大飞跃。
    USB 3.0 协议旨在提供更高的数据传输速率,并通过在每个端口上支持更高的电流水平来提高供电能力。它包括新的电源管理功能,以及向后兼容 USB 2.0 设备的新电缆和连接器。显着的变化是与现有 USB 2.0 总线并行添加了 4 条额外的物理铜数据线,如图 1 所示。这些额外的铜数据线用于传输高速数据,但也可以传输 ESD(静电放电)和其他有害的电压瞬变。
    USB 3.0 增强的电流和功率传输能力加剧了对新电路保护解决方案的需求。协调的电路保护方法有助于防止 USB 3.0 应用中的过流、过压和 ESD 瞬变造成损坏。

  

    USB 3.0 通过修订的 USB 协议添加了双单工数据路径
    过流保护
    USB 3.0 通过两个组件提供电源:标准主机(A 型连接器)和新型供电设备(Powered-B 连接器)。新的 SuperSpeed 规范将流向 USB 设备的电流量从 0.5A 增加到 0.9A。新型 Powered-B 连接器允许一个 USB 设备通过提供高达 1.0A 的电流为另一设备充电。由于过流情况会影响电源总线,因此所有电源(例如主机、集线器和 Powered-B 设备)都需要过流保护。UL60950 还要求提供过流保护。

    

    与USB 2.0类似,所有类型的USB 3.0主机都必须提供电源。USB 3.0 的单个负载被重新定义为 150mA,比 USB 2.0 的 100mA 有所增加。USB 3.0 主机现在必须能够支持每个端口多 6 个单元 (900mA)。此外,USB 3.0 集线器现在必须能够支持每个端口高达 900mA 的电流。
    此外,支持 USB 充电和 USB 3.0 的系统需要具有更高电流能力的过流保护器件。USB 充电器规范采用与 USB 2.0 相同的引脚排列,但允许更高的电流能力(每个端口高达 1.5A)。
    ,USB 3.0 定义了新的 Powered-B 连接器,其主要优点是增强了便携性。Powered-B 连接器无需 USB 电缆和额外的电源。使用 Powered-B 连接器,USB 设备现在可以为另一个 USB 设备供电。通过提供两个额外的触点,新连接器使电源供应器(带有 Powered-B 插座)能够向另一个设备(带有 Powered-B 插头)提供高达 5V +/- 10%、1000mA 的电流。例如,打印机可以为无线适配器供电,从而无需有线 USB 连接。
    PolySwitch 聚合物正温度系数 (PPTC) 器件为所有这些应用中的 USB 过流保护提供了经济高效的解决方案。PPTC 器件可用于 USB 3.0 集线器应用、USB 充电应用和 USB 3.0 Powered-B 应用中的电流限制。如图2所示,在USB电源的VBUS端口上安装PolySwitch器件可以限制短路时的电流,防止下游突然短路造成的过流损坏,并有助于实现UL60950合规性。此外,USB 电源上的六个 TE PESD 器件在小尺寸封装中提供低电容 ESD 保护。
    协调主机端保护解决方案
    USB 电源端口的过压保护
    尽管 USB 定义了电源总线,但这并不能消除与过压事件相关的风险。过压事件可能是由多种故障情况引起的,包括用户错误、监管不善的第三方电源、热断开事件和感应瞬变等。接口和充电系统也可能产生负电压,导致未受保护的外围设备损坏。尽管 USB 2.0 电源规格为 5V +/-5%,但许多使用 USB 2.0 接口的大容量系统设计为可承受 16V 甚至 28V(连续)。
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