一種適用於usb接口設備的電源緩啟動裝置的製作方法

2023-04-29 20:39:41

專利名稱：一種適用於usb接口設備的電源緩啟動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子電路領域，尤其涉及一種適用於USB接口設備的電源緩啟動 裝置，適用於通過USB總線接口供電的接口設備，提供電源保護的電源緩啟動電路實現。
背景技術：
USB接口作為一種通用的高速串行總線接口，由於具有即插即用、支持熱插拔、連 接靈活，同時還能通過總線提供電源驅動等特點，它已被越來越廣泛地應用於各種數字終 端產品中。根據USB 2.0規範的定義，單個USB埠最大可提供500mA的電流驅動能力。 然而在對部分僅依靠USB接口供電，並對供電埠的驅動能力有較大需求這類產品的使用 中，比如像無線上網數據卡等，我們會發現這些設備在接入PC機的上電瞬間會導致PC機出 現藍屏或重啟現象。針對這種現象進一步分析可發現，在這些設備通過USB埠連接到PC 機的瞬間，會產生一個遠遠大於USB埠驅動能力的電流衝擊，超出了 PC機能承受的範圍， 導致PC機出現故障。通過在設備的USB接口輸入端增加電源緩啟動電路，適當限制電源啟 動的電流，可以有效解決這一故障。目前應用於USB接口設備中的緩啟動方案主要有兩種。一種是在電源輸入部分串聯接入一個負溫度係數的熱敏電阻。熱敏電阻在上電時 與負載起分壓作用。隨著電流流過熱敏電阻，溫度升高，阻值也隨之下降，負載兩端的電壓 呈現緩慢上升至終值電壓，從而實現了緩啟動的作用。這種方案的特點是成本較低，適用於 設計簡單的產品。但它只能粗略的控制電壓緩升，無法做到精確控制上電時的輸入電流和 過渡時間。同時在短時間再次上電過程中，由於熱敏電阻上的熱無法立刻散去，會導致緩啟 動作用失效。另一種方案是使用分立的阻容器件和電晶體器件構成，也是比較常見的一種解決 方案。它主要了利用MOS管屬於壓控器件的特性，通過電容充放電調節MOS管柵極和源極 的壓差，來實現對通過MOS管的電流控制。如圖1所示，當電源接入後，電源通過電阻R2向 電容Cl充電，隨著Cl兩端的電壓升高，逐漸打開MOS管VTl，從而達到緩啟動的目的。這種 方案較前一方案可以做到精確控制上電時間，在完成一次上電後短時間內再次進行上電， 會導致緩啟動功能失效。同時，由於USB埠的電源僅為+5V，MOS管的柵極電壓取自R1、 R2分壓點的電壓，必須選用開啟電壓小的MOS管，並匹配好R1R2的阻值要求，才能確保電路 的正常工作。這給MOS管的選型提出了較高的要求。

實用新型內容本實用新型提供一種適用於USB接口設備的電源緩啟動裝置，用於解決現有技術 中USB接口設備在上電後短時間內再次進行上電，導致緩啟動失效的問題。—種適用於USB接口設備的電源緩啟動裝置，包括第一電容(Cl)、第一電阻(Rl)、P溝道MOS管(VTl)、第二電容(C2)、第一二級管(VDl)和第二電阻(R2)第一電容(Cl)連接在電源輸入端(VIN)與地(GND)之間，第一電阻(Rl)與該第一電容(Cl)並聯；P溝道MOS管(VTl)的源極連接在電源輸入端(VIN)，漏極作為電源輸出端(VOUT) 連接負載；第二電容(C2)兩端分別連接電源輸入端(VIN)和P溝道MOS管(VTl)的柵極；第一二級管(VDl)反向連接在P溝道MOS管(VTl)的柵極和地(GND)之間；第二電阻(R2)與第一二級管(VDl)並聯。該裝置還包括第三電容(C3)，該第三電容(C3)跨接在電源輸入端(VIN)和地 (GND)之間，與所述第一電容(Cl)並聯，所述第三電容(C3)為高頻濾波電容。所述第一二極體(VDl)與第一電阻(Rl)構成第一電容、第二電容(C2)和第三電 容(C3)的放電迴路。該裝置還包括第二二極體(VD2)，並且該第二二極體(VD2)正極連接所述P溝道 MOS管漏極，負極作為電源輸出端(VOUT)連接負載，當第一電容、第二電容(C2)和第三電容 (C3)放電時，所述第二二極體(VD2)將緩啟動電路主體與負載隔離開。該裝置還包括穩壓管(VD3)，該穩壓管(VD3)正極連接P溝道MOS管(VTl)的柵 極，負極連接所述P溝道MOS管(VTl)的源極，用於穩定P溝道MOS管(VTl)的柵極和源極 的電壓。通過本實用新型申請提供的裝置，第一二極體VDl的引入縮短了 C2上電荷釋放的 時間，加速了放電過程，能夠有效的防止USB接口設備在上電後短時間內再次進行上電，導 致緩啟動失效的問題。

圖1為現有技術中分立元件構成的緩啟動電路；圖2為本實用新型實施例一種適用於USB接口設備的電源緩啟動裝置的結構圖。
具體實施方式
本實用新型實施例提供一種適用於USB接口設備的電源緩啟動裝置，該裝置包 括第一電容(Cl)連接在電源輸入端(VIN)與地(GND)之間，第一電阻(R1)，與所述第一 電容(Cl)並聯；P溝道MOS管(VT)的源極連接在電源輸入端(VIN)，漏極與電源輸出端 (VOUT)相連；第二電容(C2)跨接於電源輸入端(VIN)和P溝道MOS管(VT)的柵極；第一二 級管(VDl)反向連接在開關電晶體VTl的柵極和地(GND)之間；第二電阻(R2)與第一二級 管(VDl)並聯。下面結合說明書附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細說明。如圖2所示，一種適用於USB接口設備的電源緩啟動裝置，該裝置包括第一電容 Cl、第一電阻R1、P溝道MOS管VT1、第二電容C2、二級管VD1、第二電阻R2、第二二極體VD2、 穩壓管VD3和第三電容C3 第一電容Cl，跨接在電源輸入端VIN與地GND之間，作為儲能電容，減小電源波動 對負載工作造成的影響；第三電容C3，與所述第一電容Cl並聯，兩端分別連接在電源輸入端VIN和地GND 之間，用於過濾旁路高頻幹擾信號，為高頻濾波電容。[0025]第一電阻Rl，與第一電容Cl並聯，連接在電源輸入端VIN與地GND之間，是第一電 容Cl和第二電容C2放電迴路的公共電阻，在掉電時，第一電容Cl、第二電容C2和第三電容 C3上聚集的電荷通過電阻Rl迅速釋放掉；所述P溝道MOS管VTl該的源極S端連接在電源輸入端(VIN)，其漏極D端作為電 源輸出端VOUT連接負載，控制從電源流向負載的電流大小；第二電容C2，跨接於電源輸入端VIN和P溝道MOS管VTl的柵極G端；第二電阻R2，連接在P溝道MOS管VTl的柵極S端與地GND之間，在緩啟動電路主 體上電時作為電容C2的充電電阻，從而控制P溝道MOS管VTl的開啟；第一二級管VDl，反向連接在P溝道MOS管VTl的柵極G端與地GND之間(即該二 級管VDl的正極連接地GND，負極連接P溝道MOS管VTl的柵極G端)，與第二電容C2和第 一電阻Rl構成了第二電容C2的放電迴路，在掉電時加速電容C2上的電荷釋放；第二二極體VD2，正向串接在開關電晶體VTl的漏極D端和電路輸出OUT端(即 該二極體VD2的正極連接所述P溝道MOS管漏極，負極作為電源輸出端VOUT連接負載)， 在掉電時將緩啟動電路和負載電路隔離開，防止負載 電路中的容性負載通過P溝道MOS管 VTl的體二級管藉助緩啟動電路的放電迴路放電。 所述穩壓管VD3的正極在P溝道MOSI管VTl的柵極G端，負極連接在P溝道MOSI 管VTI的源極S端，起穩壓限流作用。本實用新型實施例一種適用於USB接口設備的電源緩啟動裝置的工作原理具體 為當設備通過USB接口連接到PC機時，由於第一電容Cl，第二電容C2的內阻很低， 可視為短路，P溝道MOS管VTl的源極S端和柵極G端電位相同，迅速躍變到USB電源電壓 +5ν.此時VTl的G端和S端的壓差Vgs為0V，P溝道MOS管截止。隨後，第二電容C2按照 時間常數Tl進行充電(因為R2對所述第二電容C2充電，所以時間常數為Tl = C2*R2)， P溝道MOS管G端的電壓隨著C2的充電以一定的斜率逐漸降低直至0v，G端和S端的壓差 Vgs也逐漸增大至-5V。當Vgs達到MOS管的開啟電壓時，VTl開始導通，電流緩慢增加從 電源流向負載，從而實現緩啟動的功能。VD3在VTl的S、G兩端可實現對VTl的限流保護 作用。當設備與PC機斷開連接時，電容Cl上的電荷通過電阻Rl釋放掉，時間常數為T2 = C1*R1。電容C2上的電荷通過與電阻R1、二極體VDl構成的迴路釋放掉，放電時間常數 T3 = C2*R1。如果沒有二級管VD1，C2的放電迴路將由C2、Rl和R2構成，時間常數為T = C2*(R1+R2)。通過本實用新型申請提供的裝置減小了上電電流對PC機的衝擊，並且第一二極 管VDl的引入縮短了 C2上電荷釋放的時間，加速了放電過程。另一方面，由於開關電晶體 中存在有寄生的體二極體，在掉電放電的過程中，負載端容性負載上的電荷會通過這個寄 生體二極體，在緩啟動電路中的放電迴路中放電，延緩緩啟動電路的放電過程。VD2的加入 有效阻隔了負載到放電迴路的通路，從而確保了負載熱拔插後再次快速上電時緩啟動電路 的正常工作。另外，還可實現上電緩啟動的時間可控。本實用新型所述的裝置並不限於具體實施方式
中所述的實施例，本領域技術人員 根據本實用新型的技術方案得出其它的實施方式，同樣屬於本實用新型的技術創新範圍。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技 術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求一種適用於USB接口設備的電源緩啟動裝置，其特徵在於，包括第一電容(C1)，連接在電源輸入端(VIN)與地(GND)之間；第一電阻(R1)，與所述第一電容(C1)並聯；P溝道MOS管(VT1)，其源極連接在電源輸入端(VIN)，漏極作為電源輸出端(VOUT)連接負載；第二電容(C2)，兩端分別連接電源輸入端(VIN)和P溝道MOS管(VT1)的柵極；第一二級管(VD1)，反向連接在P溝道MOS管(VT1)的柵極和地(GND)之間；第二電阻(R2)，與第一二級管(VD1)並聯。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，該裝置還包括第三電容(C3)，該第三電容(C3)連接在電源輸入端(VIN)和地(GND)之間。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述第三電容(C3)為高頻濾波電容。
4.如權利要求2 3任一項所述的裝置，其特徵在於，所述第一二極體(VDl)與第一電 阻(Rl)構成第一電容、第二電容(C2)和第三電容(C3)的放電迴路。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於，該裝置還包括第二二極體(VD2)，該第二二極體(VD2)正極連接所述P溝道MOS管漏極，負極作為電 源輸出端(VOUT)連接負載。
6.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，該裝置還包括穩壓管(VD3)，該穩壓管(VD3)正極連接P溝道MOS管(VTl)的柵極，負極連接所述P 溝道MOS管(VTl)的源極。
專利摘要本實用新型公開了一種適用於USB接口設備的電源緩啟動裝置，該裝置包括第一電容(C1)連接在電源輸入端(VIN)與地(GND)之間，第一電阻(R1)與該第一電容(C1)並聯；P溝道MOS管(VT1)的源極連接在電源輸入端(VIN)，漏極作為電源輸出端(VOUT)連接負載；第二電容(C2)兩端分別連接電源輸入端(VIN)和P溝道MOS管(VT1)的柵極；第一二級管(VD1)反向連接在P溝道MOS管(VT1)的柵極和地(GND)之間；第二電阻(R2)與第一二級管(VD1)並聯。應用本實用新型實施例提供裝置夠有效的防止USB接口設備在上電後短時間內再次進行上電，導致緩啟動失效的問題。
文檔編號G06F1/26GK201569970SQ20092027206
公開日2010年9月1日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者周萬裡, 孫建勳, 程微, 苗勇勇, 雷春雪, 雷雨 申請人:中興通訊股份有限公司