保护USB的电源开关设计方案

中心议题：

• USB开关电路的整体设计思路
• 保护USB的电源开关设计方案

解决方案：

• 电荷泵设计
• 过流保护电路设计

1  引言

通用串行总线（UniversalSerialBus）使PC机与外部设备的连接变得简单而迅速，随着计算机以及与USB相关便携式设备的发展，USB必将获得更广泛的应用。由于USB具有即插即用的特点，在负载出现异常的瞬间，电源开关会流过数安培的电流，从而对电路造成损坏。

本文设计的USB电源开关采用自举电荷泵，为N型功率管提供2倍于电源的栅驱动电压。在负载出现异常时，过流保护电路能迅速限制功率管电流，以避免热插拔对电路造成损坏。

2  USB开关电路的整体设计思路

图1为USB电源开关的整体设计。其中，VIN为电源输入，VOUT为USB的输出。在负载正常的情况下，由电荷泵产生足够高的栅驱动电压，使NHV1工作在深线性区，以降低从输入电源（VIN）到负载电压（VOUT）的导通损耗。当功率管电流高于1A时，Currentsense输出高电平给过流保护电路（Currentlimit）；过流保护电路通过反馈负载电压给电荷泵，调节电荷泵输出（VPUMP），从而使功率管的工作状态由线性区变为饱和区，限制功率管电流，达到保护功率管的目的。当负载恢复正常后，Currentsense输出低电平，电荷泵正常工作。

图1 USB电源开关原理图