USB電路保護(hù)設(shè)計(jì)方案

在設(shè)計(jì)和實(shí)施USB電路保護(hù)方案時(shí)，我們需要綜合考慮多種因素，包括電路結(jié)構(gòu)、主控芯片的選擇、保護(hù)元件的應(yīng)用以及電路布局和布線等。以下是一個(gè)詳細(xì)的USB電路保護(hù)設(shè)計(jì)方案，包括主控芯片型號(hào)的選擇及其在設(shè)計(jì)中的作用。

一、引言

USB（Universal Serial Bus）接口因其通用性、易用性和高速傳輸能力，在各類電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。然而，USB接口在使用過程中可能會(huì)面臨多種威脅，如靜電放電（ESD）、浪涌電流、短路、過壓等，這些都可能對電路和設(shè)備造成損害。因此，設(shè)計(jì)一套有效的USB電路保護(hù)方案顯得尤為重要。

二、主控芯片的選擇及其作用

在USB電路保護(hù)設(shè)計(jì)中，主控芯片的選擇至關(guān)重要。它不僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和處理，還承擔(dān)著電路保護(hù)的重要任務(wù)。以下是幾種常見的主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用。

1. Dialog Semiconductor的iW620+iW1760

型號(hào)： iW620, iW1760

作用：

• iW620：作為快速充電接口IC，可以通過USB數(shù)據(jù)線檢測到支持Quick Charge 2.0的移動(dòng)設(shè)備發(fā)出的指令，與iW1760 PWM原邊控制器進(jìn)行通信，對電源適配器輸出電壓進(jìn)行配置。

• iW1760：位于初級側(cè)的PWM原邊控制器，提供電流感應(yīng)和主動(dòng)快速放電專利技術(shù)，能將輸出電壓從9V或12V降至5V，防止對不支持Quick Charge 2.0的設(shè)備造成損壞。

應(yīng)用：

• 適用于USB充電器和快充方案設(shè)計(jì)，如iwatt快充方案，確保充電效率和安全性。

2. 圣邦微的SGM2553

型號(hào)： SGM2553

作用：

• SGM2553是一款USB限流芯片，具有可編程的電流限制功能，可設(shè)置限流值以保護(hù)電源免于過電流和短路。

• 它還具備過溫保護(hù)功能，當(dāng)芯片溫度過高時(shí)，自動(dòng)切斷電源，防止損壞。

應(yīng)用：

• 適用于USB Type-A接口的保護(hù)電路設(shè)計(jì)，如PPTC+ESD保護(hù)電路中，與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲和ESD保護(hù)器件配合使用，提高電路的抗靜電和過流能力。

3. Richtek的RT9701

型號(hào)： RT9701

作用：

• RT9701是一款高集成度的USB電源管理芯片，具備多種保護(hù)功能，如過壓保護(hù)（OVP）、過流保護(hù)（OCP）、短路保護(hù)（SCP）等。

• 它還支持多種電源管理功能，如電池充電管理、電壓調(diào)節(jié)等。

應(yīng)用：

• 適用于需要高集成度和多重保護(hù)的USB電源管理電路設(shè)計(jì)，如筆記本電腦、平板電腦等設(shè)備的電源適配器。

三、保護(hù)元件的應(yīng)用

在USB電路保護(hù)設(shè)計(jì)中，除了主控芯片外，還需要選擇合適的保護(hù)元件，如保險(xiǎn)絲、限流芯片、ESD保護(hù)二極管等。

1. 保險(xiǎn)絲

型號(hào)： MF2410系列（AEM科技）

作用：

• MF2410系列保險(xiǎn)絲是一種UMF通用模塊型保險(xiǎn)絲，適用于小尺寸AC/DC電源的交流應(yīng)用。

• 它具有小體積和SMD工藝，滿足USB電源適配器的內(nèi)部元件體積限制。

• 在雷擊測試和Inrush電流測試中，MF2410系列保險(xiǎn)絲能夠提供足夠的保護(hù)能力，防止電路損壞。

應(yīng)用：

• 適用于USB電源適配器的輸入電路保護(hù)，確保在雷擊和Inrush電流沖擊下電路的安全運(yùn)行。

2. 限流芯片

型號(hào)： PW1503、PW1555、PW2601、PW2606B

作用：

• PW1503：超低RDS(ON)開關(guān)，具有可編程的電流限制和過溫保護(hù)功能，適用于USB充電器和公共場所多USB充電器。

• PW1555：可編程限流開關(guān)，集成保護(hù)N溝FET，具有軟啟動(dòng)時(shí)間控制和過熱保護(hù)停機(jī)功能，適用于服務(wù)器、筆記本電腦等復(fù)雜系統(tǒng)。

• PW2601：充電器前端集成電路，提供鋰離子電池充電保護(hù)，監(jiān)測輸入電壓、電池電壓和充電電流，確保充電安全。

• PW2606B：前端過電壓和過電流保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓范圍和輸出短路保護(hù)，適用于多種充電和電源管理場景。

應(yīng)用：

• 這些限流芯片在USB電路設(shè)計(jì)中用于提供精確的電流控制和過流保護(hù)，防止設(shè)備因過流而損壞。

3. ESD保護(hù)二極管

型號(hào)： DW05DRF-B-E、DW05DPF-B-S、DW24P4N3-S、DW05DUCF-B-E（東沃電子）

作用：

• ESD保護(hù)二極管用于保護(hù)USB接口免受靜電放電的損害。它們具有低結(jié)電容、低鉗位電壓和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，能夠在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯绿峁┯行У撵o電保護(hù)。

應(yīng)用：

• 在USB Type-C接口設(shè)計(jì)中，這些ESD保護(hù)二極管分別用于保護(hù)不同的pin腳，如VBUS、D+/D-、CC/VCONN和SBU引腳，確保接口在靜電放電環(huán)境下的安全性。

四、電路布局和布線設(shè)計(jì)

在USB電路保護(hù)設(shè)計(jì)中，合理的電路布局和布線設(shè)計(jì)同樣重要。以下是一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

1. 差分走線：對于D+/D-信號(hào)線，應(yīng)采用差分走線方式，以控制阻抗和減少信號(hào)干擾。差分走線應(yīng)盡量保持等長，并在每次打孔換層的附近放置一對回流地過孔。

2. 地平面處理：地平面應(yīng)完整且連續(xù)，以減少地彈噪聲和信號(hào)干擾。在布局時(shí)，應(yīng)避免在信號(hào)線附近放置大面積的地平面，以防止形成耦合電容。

3. 電源和地線布局：電源線和地線應(yīng)盡量寬且短，以減少壓降和噪聲。同時(shí)，應(yīng)避免電源線和信號(hào)線平行走線，以防止電源噪聲對信號(hào)造成干擾。

4. 保護(hù)元件布局：保護(hù)元件（如保險(xiǎn)絲、限流芯片、ESD保護(hù)二極管）應(yīng)盡量靠近被保護(hù)電路，以減少引線電感和電阻。同時(shí)，應(yīng)確保保護(hù)元件的散熱良好，避免過熱損壞。

5. 信號(hào)線布局：信號(hào)線應(yīng)避免過長的走線和高頻信號(hào)的交叉干擾。對于高速信號(hào)線，應(yīng)采用屏蔽線或差分走線來減少噪聲和干擾。

五、總結(jié)

USB電路保護(hù)設(shè)計(jì)方案涉及多個(gè)方面，包括主控芯片的選擇、保護(hù)元件的應(yīng)用以及電路布局和布線設(shè)計(jì)等。通過合理的選擇和布局，可以確保USB接口在各種惡劣環(huán)境下都能安全、穩(wěn)定地工作。本文介紹了多種主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用，并詳細(xì)闡述了保護(hù)元件的應(yīng)用和電路布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)。希望這些內(nèi)容能為USB電路保護(hù)設(shè)計(jì)提供有益的參考。