USB 3.0的電路保護方案

在所有這些應用中，高分子聚合物正溫度系數器件(PPTC)為USB過(guò)流保護提供了最具性?xún)r(jià)比的解決方案。PPTC器件可用于USB 3.0主機應用、USB 3.0集線(xiàn)器應用、USB充電器應用，以及USB 3.0 Powered-B連接器應用中的電流限流保護。在USB電源的VBUS端口安裝的PPTC PolySwitch器件可在短路時(shí)限流，防止因下游電路突然短路造成的過(guò)流損壞，并有助于實(shí)現UL60950標準。

USB電源端口上的過(guò)壓保護

盡管USB定義了電源總線(xiàn)，但這并沒(méi)有消除與過(guò)壓相關(guān)的風(fēng)險。過(guò)壓事件可由一系列失效條件導致，包括用戶(hù)錯誤、穩壓很差的第三方電源、熱拔出事件和電感瞬變等。接口和充電系統也會(huì )產(chǎn)生負電壓，這會(huì )導致未受保護的外部設備受損。盡管USB 2.0 電源的標稱(chēng)誤差為5V±5%，但許多采用USB 2.0接口的大規模系統仍被設計成可承受16V甚至28V電壓(連續)。

由于USB 3.0提高了正常工作電流及其上限，因此，針對傳統0.5A 端口設計的過(guò)壓保護器件可能就不太適合用于保護新的每端口0.9A的USB 3.0接口。當一個(gè)0.9A主機拔出時(shí)，高壓感應尖峰就會(huì )產(chǎn)生，它可能會(huì )損壞總線(xiàn)上的其它設備。一個(gè)設計良好的總線(xiàn)將能吸收這些尖峰電壓，從而保護設備免受尖峰電壓的損害。

泰科電子的內部測試顯示，熱插拔引起的瞬態(tài)電壓盡管非常短暫，但電壓值可超過(guò)16～24V。內部測試還發(fā)現，開(kāi)路電壓大幅超過(guò)USB規范要求(5V±5%)的第三方充電器，可能對敏感的電子設備構成威脅。將過(guò)壓保護器件(如PolyZen聚合物保護齊納二極管器件)放置在所有USB供電設備的電源輸入端(特別是在VBUS端口)，有助于保護設備免遭過(guò)壓事件造成的損壞。

對于USB 3.0設備，PolyZen器件可安裝在USB輸入端口的VBUS上、Powered-B插頭的DPWR端口、桶形插座電源端口、以及USB集線(xiàn)器的VBUS輸入端。

必須注意，USB 3.0不再支持總線(xiàn)供電集線(xiàn)器而僅支持自供電集線(xiàn)器。在USB 3.0應用中，需要一個(gè)電源來(lái)為集線(xiàn)器的所有端口供電。如果在集線(xiàn)器的輸入端使用一個(gè)直流電源連接器，那么就必須安裝一個(gè)電路保護器件來(lái)保護集線(xiàn)器免受過(guò)壓事件的損害，如未穩流或錯誤電源、反向電壓和瞬態(tài)電壓。

圖2顯示了如何在VBUS上安裝PolyZen器件以及在一個(gè)典型USB電路上安裝6個(gè)低電容值PESD器件，才能幫助提供綜合過(guò)壓保護方案。

圖2：綜合的設備側過(guò)壓保護解決方案。

ESD保護

瞬態(tài)過(guò)壓經(jīng)常是由ESD引起的，它可能會(huì )出現在電源總線(xiàn)和數據線(xiàn)上。盡管現代IC可對抗高達2000V的高壓，但人體很容易產(chǎn)生出高達25000V的靜電。在I/O端口保護應用中，數據線(xiàn)上的ESD器件必須具備以下特性：快速箝位、快速恢復響應和極低電容值。