【动手做个移动电源】

前段时间一直出差外地，也去了趟香港，感触颇深，一个整齐的地方。这么多天没更了，歉意，补充个USB防护相关的吧。

10  接口（以USB为例）防护电路介绍

原来在学校的时候，老是奇怪自己搭的电路怎么这么容易挂呢，后来入职后才开始慢慢明白，各种影响下来，单板不挂才怪。所以这里需要和大家分享的几个电路防护方面的东西。一个是信号接口防护，一个是电源防护。

Topic 1 ESD类

这点大家都非常清楚，百度一下也非常明白了。ESD大致可以理解为静电防护，对于生产上主要是人体静电，对于使用工作上除了人体静电还有控制中的粉尘静电等等。USB接口中，电源和地还好，关键的信号线主要是连接到CPU端，信号线特别敏感，易受静电等打坏。对于户内设备（手机、移动电源等不长期放置于室外的产品）主要考虑的是静电，而对于户外设备（比如需要直连接户外电话线的电话、室外交换机等等）则主要考虑防空气放电、雷击串扰等。

ESD防护主要用到两类器件，一类是TVS管，一类是压敏电阻。TVS二极管的参数我就不说了，说了也是从别的地方Copy过来的，大家上百度百科自己看哈！说白了，就是一个瞬间的高压过来，当超过TVS管的工作电压时，这个管子可以认为是对地短路了，应用中最主要的就是击穿和钳位电压，这两个电压就是保护电压，还有注意下功率等级，一般普通防护都是100多W瞬态功率就行，防雷300多W就够了，说白了这玩意只能防瞬时，一到持续的就挂了。

压敏电阻大家也上百科看下吧，都蛮简单的。当瞬时高压过来时，压敏电阻会瞬间阻值降低，反应比TVS稍微慢一点。接口类的防护对器件的寄生电容都有要求。比如USB2.0高速模式下要求信号线上的总的对地电容不超过10pF，一般都是用TVS，现在用于3.0防护的TVS寄生电容已经做到了0.5pF以下了。

我们做的这个移动电源，需要检测区分是否USB插入和非USB插入（USB插入时需要做限流以免拉低了电脑的USB口，怕把电脑搞挂），所以需要在USB的信号线上加保护，实际上只是用于检测，不做通讯，所以只加压敏电阻就OK了。这每个器件的用法等原理图上传后一一讲解吧。

Step 2 过压保护

这个就很好理解了，给移动电源充电的时候，有时候拔插原因或者电脑的原因，5V上会产生过冲或者较高的电压，不计成本的做法是除了加uF和nF级别电容外，还会在最前端加上过压保护，TVS等。

当电压超过安全门限时（比如输入电压大于6V）过压保护芯片将启动保护，这样主要是防止超过后端芯片的门限。有专门的过压保护器件，除了过压功能外一般都将ESD防护等集成进去。但是这类器件相对较贵，不太实用。我这边有之前几家厂商送的样片，不太用，后期准备在单板上把12V的输入也做进去，这样能兼容的充电器类型就会比较多了。

Step 3 过流保护

对于现在准备做的移动电源来说，我们这个是加在输出端的，就是防止对外充电的时候抽取的电流过大。这种片子实际上就是用在电脑的那个USB口处来做限流的，有些电脑主板为了降成本，没做对外USB口的限流，当外部负载过大的时候，容易把电脑拉挂，就是这个原因。我之前一个老的台式机就是这样，带某些硬盘的时候容易电脑蓝屏，所以后来拆开机箱自己加了1.5A限流的上去，同时在输出端（也就是限流芯片后端）加个2200uF的大电容。从此连某兄弟1 T的硬盘跑起来都无压力了。

这类器件的基本原理也很简单，芯片内部有采样电阻（现在有些更好的器件是直接用控制开/关的MOS管的内阻来做检测源）来采样电流，电流*采样电阻即与基准电压比较来控制输出的开启关闭。

Step 4 温度保护

这个移动电源会加入简单的温度保护程序，来使得单板能完成最基本的保护，做电池的安全防护，同时在某些状态下减小充电电流。这里要说一下当今主流的两大温度检测技术，一种是热敏电阻采样NTC，一种是PN结采样。前者是跟着电阻对温度的敏感特性引起的阻值变化来做的，后者是根据PN结温与电流的一个恒定关系来做的，后续我在具体讲下各种不同的应用情况。电脑CPU一般用的是PN结方式。

我们单板上会采样热敏电阻来做温度采样，有兴趣的童鞋可以用多个同样型号的热敏电阻挂一起，打点胶凝在一起，算法上做精确的平滑采样。做个外观简单，精度巨高的电子体温计。T_T。