原创 【动手做个移动电源】10 接口(以USB为例)防护电路介绍

2013-5-28 23:30 2382 2 9 分类: 电源/新能源 文集: 移动电源-电霸

【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

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100W瞬态功率就行,防雷300W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。

20130528232818371001.png

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uFnF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。

20130528232822146002.png

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

文章评论7条评论)

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shaopus_397307029 2013-6-10 19:48

等了好久的说!

a540575065_311334083 2013-6-8 11:13

我也要····

huzylover_619904060 2013-6-4 23:33

我是物理系的T_T~你可以先看下电子学第二版,看完这本书就非常系统了,然后硬件软件不分家的,学计算机的非常有优势可以搞嵌入式然后一直到整个系统设计~支持,可以加我QQ251286766发邮件给我或者留言。

huzylover_619904060 2013-6-4 23:31

实际不用系统的教学的,自己把数电模电看看,然后开始用个单片机做的实际的东西出来,马上就会有想法了。我这个在换TI的MSP430来做了~最近会加快,这三个月内都不会再出差了,有时间可以好好把这个开始收尾了~

huzylover_619904060 2013-6-4 23:29

惭愧~回来了,尽量快~

huyuhui2009_329047528 2013-5-30 22:58

等了好久了,楼主能给我些电源的基础教材么,本人计算机的却爱上了电子,没老师系统化的教学得恶补很多东西啊!如果有的话就谢谢了,huyuhui2009@qq.com

pangtina_185718184 2013-5-30 09:47

终于又更新了,赞!
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huzylover_619904060 2013-03-24 22:47
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