[实用新型]一种USB电路

说明书

技术领域

本实用新型属于供电技术领域，尤其涉及一种USB电路。 

背景技术

USB（Universal Serial Bus，通用串行外线）是电子设备中最通用、最流行的一种接口。计算机的外围设备（如键盘、鼠标、打印机和扫描仪），以及MP3、MP4和数码相机都可以通过USB接口连接至计算机。 

现在的USB电路包括电源、功率管、电荷泵（也称为开关电容式电压变换器）和USB接口，电源的正极通过功率管连接至USB接口的第一触点，电源的负极连接至USB接口的第二触点，功率管的控制端连接至电荷泵。当负载接入USB接口后，负载通过第一触点和第二触点连接至电源。 

图1示出了现有的USB电路在接入负载后的等效电路，其中输入电容C_IN和输出电容C_OUT为导线产生的分布电容，输入电感L_IN和输出电感L_OUT为导线产生的分布电感。当接入的负载发生短路或者过流现象时，传统的保护方法是将功率管作为一种硬开关，进行快速的关断（shutdown），从而将电源和负载隔离，使得USB接口能够安全可靠的工作。 

但是由于电源、功率管和负载之间都是由导线连接，导线在通电状态下存在电感效应。在功率管关断之后，输入电感L_IN产生的电流I_LIN会流到输入电容C_IN上，使得输入电压V_IN出现电压过冲（Overshoot）；输出电感L_OUT产生的电流I_LOUT会对输出电容C_OUT进行放电，使得输出电压V_OUT出现电压负脉冲（Undershoot），如图2所示。输入电感L_IN越大、输入电容C_IN越小，输入电压V_IN的电压过冲就会越严重，输出电感L_OUT越大、输出电容C_OUT越小，输出电压V_OUT的负电压过冲就会越严重，一旦超出功率管的安全工作区域，就会导致功率管的损毁。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种USB电路，在USB电路发生输出短路或负载过流时，可以为功率管提供可靠的保护，防止功率管被损毁。 

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案： 

本实用新型公开了一种USB电路，包括电源、功率管、电荷泵、USB接口、钳位电路和第一电阻，所述功率管为N沟道场效应管； 

所述电源的正极连接至所述功率管的漏极，所述USB接口的第一触点连接至所述功率管的源极，所述USB接口的第二触点连接至所述电源的负极，所述电源的负极同时接地，所述电荷泵连接至所述功率管的栅极； 

所述钳位电路连接在所述功率管的栅极和源极之间，在所述USB电路发生输出短路或负载过流时，所述钳位电路将所述功率管的栅源电压钳位在预设电压，以使得所述功率管进入恒流区； 

所述第一电阻的一端连接至所述功率管的栅极、另一端接地或者连接至所述功率管的源极，在所述功率管进入恒流区后所述第一电阻对所述功率管的栅极进行放电。 

优选的，在上述USB电路中，所述钳位电路包括第一开关管和第二开关管，所述第二开关管为N沟道场效应管； 

所述第一开关管的输入端同时连接至所述电荷泵和所述功率管的栅极，所述第一开关管的控制端连接至外置的电流检测电路的输出端，当所述电流检测电路确定所述USB电路发生输出短路或负载过流时，所述第一开关管在所述电流检测电路的控制下导通； 

所述第二开关管的漏极连接至所述第一开关管的输出端，所述第二开关管的源极连接至所述功率管的源极，所述第二开关管的栅极与第二开关管的漏极短接； 

所述第一电阻的一端连接至所述第一开关管的输出端、另一端连接至所述功率管的源极。 

优选的，在上述USB电路中，所述钳位电路包括第一开关管和第三开关管，所述第三开关管为P沟道场效应管； 

所述第三开关管的源极同时连接至所述电荷泵和所述功率管的栅极，所述第三开关管的栅极连接至所述功率管的源极，所述第三开关管的漏极连接至所述第一开关管的输入端； 

所述第一开关管的输出端接地，所述第一开关管的控制端连接至外置的电流检测电路的输出端，当所述电流检测电路确定所述USB电路发生输出短路或负载过流时，所述第一开关管在所述电流检测电路的控制下导通；