適用于USB3.0接口的新電路保護方案

一臺USB3.0電子設備最多可以驅動(dòng)6臺USB裝置(標準連接器和微型連接器每端口最高900mA)。因此，USB3.0電流傳輸能力的提高對電路保護方案提出了新的要求。

深圳市集電通實(shí)業(yè)有限公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)自恢復保險絲，并指出協(xié)同電路保護方案將有助于在USB3.0應用中防止因過(guò)中大電流、過(guò)高電壓和ESD瞬態(tài)電壓而受損。

在過(guò)流保護方面，USB3.0通過(guò)兩類(lèi)器件供電，即標準主控設備(A型連接器)和新型供電設備(Powered-B連接器)。新的規范提高了流向USB設備的電流大小，從最大額定電流0.5A提高至0.9A。

Powered-B連接器可以通過(guò)從兩個(gè)額外連接器輸送最高1.0A的電流來(lái)對設備充電。由于過(guò)流條件會(huì )影響電源總線(xiàn)，因此所有功率源(如主機和集線(xiàn)器)都需要進(jìn)行過(guò)流保護。（相關(guān)閱讀：自恢復保險絲在USB3.0接口的保護應用）

USB3.0標準保護方案必須支持每端口最小900mA的電流，過(guò)電流保護必須滿(mǎn)足發(fā)生故障時(shí)在60s內將故障電流限制在5A以下。

與 USB2.0集線(xiàn)器可以通過(guò)總線(xiàn)供電不同，USB3.0將不會(huì )提供這種選擇，而只能通過(guò)自有電源供電。由于需要一個(gè)插孔端口對USB3.0集線(xiàn)器應用中的所有連接器供電，因此該插孔上需要使用電路保護器件防止因過(guò)壓事件受損，這類(lèi)事件可能有非穩壓電源、逆向電壓或電壓瞬態(tài)。

在USB電壓源上（VBUS）串聯(lián)萬(wàn)瑞和過(guò)流/過(guò)壓協(xié)同保護器件以及在該器件端口上安裝六個(gè)小電容PESD器件（靜電保護器）的方法，能夠幫助實(shí)現協(xié)同的過(guò)流/過(guò)壓保護方案。

在過(guò)壓保護方面，USB3.0新規范的出臺將使傳統0.5A端口設計的過(guò)壓保護器件不再適用。如果一臺0.9A主機斷開(kāi)，將產(chǎn)生高感應電壓尖峰，這會(huì )對仍然留在總線(xiàn)上的設備造成負面影響。

各種接口和充電系統都會(huì )因為使用不正確充電器、穩壓不良的第三方充電器或者熱插拔事件而使便攜式電子設備面臨受損的危險。

研究指出“雖然主要的手機OEM廠(chǎng)商都有內部關(guān)于USB輸入口的過(guò)壓保護要求，以保證USB輸入端口可以承受16V到24V的電壓，但內部測試表明，帶電熱插拔時(shí)所引起的瞬態(tài)脈沖，盡管非常短仍然會(huì )超過(guò)上述的16-24V電壓。我們建議在所有USB設備電源輸入端口進(jìn)行過(guò)壓保護。”

在所有USB受電設備，尤其是VBUS端口上安裝過(guò)壓保護器件可以有效防止因電壓瞬態(tài)而受損。對于USB3.0而言，PolyZen器件可酌情置于USB輸入端口、Power-B插頭和母插孔電源端口上。

他指出，USB3.0對于過(guò)壓保護的要求相對于USB2.0沒(méi)有任何變化，不會(huì )影響所推薦用于USB端口的過(guò)壓、ESD保護元件的型號。

過(guò)壓瞬態(tài)往往是ESD造成的，電源總線(xiàn)和數據總線(xiàn)上都可能出現?，F有USB2.0協(xié)議支持最高480Mbps的數據傳輸速率，而USB3.0規范支持的數據傳輸速率高達5Gbps，因此USB3.0的數據線(xiàn)上需要具有快速鉗位和恢復響應的極低電容ESD器件。

針對USB3.0的ESD保護電路，集電通指出了三個(gè)主要的考慮因素：

一是為滿(mǎn)足要高速度/電容要求，USB3.0的接口需要比USB2.0電容更低的ESD保護，必須采用小于1pF的ESD元件，增加極低電容PESD器件可以減小插入損耗；

二是動(dòng)作電壓的選用要與被保護IC芯片的ESD承受能力配合起來(lái)，還要考慮回路阻抗；（推薦知識：航天產(chǎn)品電子元器件的質(zhì)量控制）

三是滿(mǎn)足空間要求，采用更小尺寸的保護元件，靈活布局。出于空間的考慮可以選擇貼片保險絲進(jìn)行保護。