[发明专利]一种基于MEMS开关的USB漏电保护芯片

说明书

本发明涉及一种基于MEMS开关的USB漏电保护芯片。其基本结构由磁场产生单元、磁场检测单元、驱动单元和MEMS开关单元组成，其特点为：磁场产生单元由磁芯和绕制在磁芯的V_BUS和GND线组成，其中磁芯采用铁氧体材料；磁场检测单元由霍尔元件、恒流源、放大电路和比较电路组成，霍尔元件是磁敏感元件，用于检测磁场；驱动单元用于提供MEMS开关动作所需要的较高的驱动电压；MEMS开关单元分别设置在USB接口的V_BUS和GND线上。该芯片可以应用于通过USB接口充电的设备在充电过程中的漏电保护，一旦有漏电流，MEMS开关自动打开，切断充电电路。

【技术领域】

本发明属于电气安全技术领域，涉及一种基于MEMS开关的USB漏电保护芯片及其制备方法。

【背景技术】

在我们的生活中，离不开各种各样的用电设备。用电设备发生漏电，轻者会损坏设备，重者引起火灾、发生人身伤亡事故。据统计，近些年我国火灾事故中，电器故障导致火灾已经成为了一个重要原因，占到了每年火灾总数的30％，电器故障已经成为消防工作中一个不容忽视的重点问题。同时，人接触发生漏电的用电设备则可能发生触电事故。根据GB/T13870.1-2008(电流对人和家畜的效应第一部分：通用部分)，成人的摆脱电流约为10mA，其中摆脱电流指的是人手握电极能自行摆脱电极时接触电流的最大值。电流超过摆脱电流临界值后，人会感到异常疼痛和恐慌，如果电流流过持续时间过长，则可能造成昏迷、窒息，甚至死亡。在更高的电流情况下，在短时间内，就极有可能会引起心室纤维性颤动，这种情况对人体而言是致命的。这是引起低压触电事故的最主要的原因。所以，漏电保护在电气安全技术领域是必不可少的。

在现有技术中，用电设备一般采用过电流保护。在某些情况下，漏电流比较小，线路的总电流小于过电流保护的动作电流，则保护不会被触发，线路不会被切断。所以，漏电流保护不能被过电流保护所替代。同时，现有的漏电流保护技术大多应用于电网供电侧，即现在市场上主流产品——电流型漏电保护器，其基本原理为通过检测输电线路中的剩余电流，从而判断线路是否有漏电，并输出控制信号切断电路。其存在的缺陷是只能应用于交流漏电流的监测和交流系统的保护，同时，因为其安装在电网供电侧，一旦发生漏电保护，漏电保护器会将整个线路切断，在同一线路的其他用电设备因停电无法工作。在通过USB接口充电的设备中，现有的技术一般是在整流装置(充电头)中增加限流模块，其缺陷同样是无法切断小漏电电流，而且整流装置的电路结构会变得比较复杂。

【发明内容】

本发明的目的是为克服现有技术中的不足之处，提出一种基于MEMS开关的USB漏电保护芯片。

本发明采用以下技术方案：

一种基于MEMS开关的USB漏电保护芯片，包括接在USB接口并产生磁场的磁场产生单元、检测磁场的检测单元、用于在漏电时切断电路的MEMS开关单元，以及驱动MEMS开关单元工作的驱动单元；当设备发生漏电，则磁场产生单元产生磁场，该磁场被检测单元获取，并触发MEMS开关动作。

进一步，所述的磁场产生单元为聚磁铁芯，USB接口的V_BUS和GND线绕制在聚磁铁芯上。

进一步，所述聚磁铁芯为铁氧体磁芯。

进一步，所述的检测单元利用霍尔元件检测磁场，该霍尔元件位于聚磁铁芯的正上方，保证当有磁场时，磁力线垂直于霍尔元件。

进一步，所述的驱动单元为电荷泵升压模块，输入电压为3.3V，输出电压为12V。

进一步，所述的MEMS开关单元由2个静电驱动的MEMS开关组成，分别设置在USB接口的VBUS和GND线上，每一个MEMS开关包括电极和用于实现电气隔离的隔离触点，所述电极形成等效平板电容，当施加激励电压时，所述平板电容提供静电力，驱动电极发生横向位移，完成“开”的动作；当撤掉激励电压，静电力随之消失。