USB接口需要怎样的“保护伞”？WAYON维安负载开关给你答案-电子发烧友网

USB 接口需要怎样的“保护伞”?维安负载开关给你答案

WAYON维安授权一级代理KOYUELEC光与电子为您提供技术选型和方案应用

近年来，互联网产业发展如火如荼，电子商务及硬件制造业等领域的发展也方兴未艾，层出不穷的电子设备在生活中日益普及，作为世界上最通用的接口之一USB接口得以广泛的应用，我们见证了从USB 2.0到USB 3.2的蜕变，也目睹了一个个不通用的接口被淘汰。

与此同时，各大电子设备厂商对输出电流的要求也逐渐提高，从以前的5V/500mA升级到如今的20V/5A，在这种大电流的应用上，如果没有相应的保护措施势必会损坏内部电路。有统计表明，超过40%的电子产品失效与USB接口有直接或间接的关系，而造成的不良现象通常包括系统死机，USB口烧坏等等。究其原因，主要是由于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，即处于长时间过流状态，从而对电路及系统造成了损坏。

在此大背景下，USB接口的保护方案也得到了各大厂商的重视，其中限流保护方案就成为了设计过程中不可或缺的一部分，由于性能的局限性，最初的分立式方案也渐渐被集成式方案所代替。

于是，作为保护界的“爱马仕”维安推出了USB接口专用限流保护产品——WP25P21XX系列芯片，可满足小型化、智能化和集成化的需求，目前已经广泛应用于TV面板、TWS耳机充电仓以及机械硬盘接口等领域。

● USB接口的保护伞

维安WP25P21XX系列产品输入电压为2.5V~5.5V，可调电流限制范围在0.4A~2A之间，导通电阻70mΩ，28μA的静态功耗，主要封装形式为SOT23-5/6和DFN-6封装，可以满足小空间、低功耗产品的应用场景。

WP25P21XX系列主要参数

封装实物图

在使用时，WP25P21XX系列产品通常用于USB接口和内部电源之间，输入、输出引脚外接1µF的陶瓷电容，对USB接口接入的设备提供工作电流，在接入的负载发生过流现象时提供过流保护，使得USB接口能够安全可靠的工作。它可以保护和防止芯片内部功率器件免受大电流的冲击，加强电路带负载的能力。

应用框图

WP25P21XX产品通过采用SENSEFET结构的电流检测电路来提高系统的工作效率，同时利用电流检测电路实时监测输出电流。当负载出现重载或短路情况时，内部的电流采样管能及时检测负载电流变化，并通过与基准电流的比较，采用负反馈环路将输出电流限定在安全的恒流状态，防止负载过重或短路造成的供电系统崩溃。通过采用精密的修调技术，可实现10%和20%两种高精度需求。

WP25P21XX正常工作温度为-40℃~+85℃，满足户外应用对温度的要求，而且内置欠压锁定、热关断、反向电流阻断等多重保护机制，能够全方位保障产品的电气安全性。

WP25P21XX内部结构图

如上图所示，其中FLT管脚是漏极开路输出，需要一个外部上拉电阻。如果芯片限流保护状态被激活，FLT为LOW，表示故障已发生了。微处理器通过对故障标志位的检测，可进行故障告警等处理措施，有利于故障定位、系统状态显示等操作。一旦故障消失，它将自动返回高电平状态。同时WP25P21XX具备的快速输出放电功能可确保已断开或禁用的负载不会被浮置。当EN为低时，打开放电场效应晶体管(FET)，创建一条从VOUT到GND的路径，确保该负载能快速返回到已知的0V“关闭”状态。

● 更优的反向电流保护和防静电能力

USB接口在使用过中，既对外充当电源又为内部设备组件供电，极易引发反向电流。如下图所示，反向电流是指系统输出端的电压高于输入端的电压，导致电流倒流通过系统。反向电流会造成内部电路和电源的损坏，根据从输出到输入的路径，电缆也有可能被损坏，连接器的性能也会被降低。根据PD = IREV*VDROP，当功率达到一定时，甚至会造成烧毁。

反向电流

WP25P21XX所集成的反向电流保护功能可以很好的保护USB接口免受反向电流的危害。内部采用衬底电位选择电路，通过实时监测VIN和VOUT端口电压信号，始终保证功率PMOS管体电位处于最高电位，防止体二极管正偏，从而阻断反向电流发生。在下图中WP25P21XX具有5 V施加在输出端，输入端施加0 V电压，以演示反向电流保护。

反向电流保护功能测试电路

峰值反向电流

由上图可见，示波器监测的峰值反向电流为12.8 mA。

除超强的反向电流保护功能外，WP25P21XX系列产品相比于同类器件还具有更优的防静电能力，通过改进GGNMOS多指型结构不同指之间寄生BJT的trigger电压的均匀性，从而保证在第一个器件发生最终击穿前全部开启，实现所设计所有对应的BJT开启，实现电流泄放目的。经实测ESD(HBM)可达到8KV，完全满足用户实际使用中更为苛刻的使用环境。