一種通用串行總線限流電路和方法
2023-10-26 14:31:02
專利名稱：一種通用串行總線限流電路和方法
技術領域：
本發明電路領域，具體涉及一種通用串行總線限流電路和方法。
背景技術：
由於通用串行總線(USB，Universal Serial Bus)具有熱拔插特性，因此USB接口很快成為電腦與外設的連接接口。隨著電腦的普及，與電腦相關的外圍設備更是不勝枚舉， 尤其對多媒體工作者和玩遊戲的人而言，一臺電腦主機就可能通過USB埠連接很多外圍設備，而這些外圍設備所需的工作電流又不盡相同。目前電腦外圍設備都是靠USB供電，USB協議規定USB埠電壓為5V，最大輸出電流為500毫安。但是當負載過重或者設備突然短路的情況下，USB上流經的電流超過額定值，損害USB埠，甚至引起主板故障。現有技術中不能提供一種在負載過重或者設備突然短路的情況下，限制USB上流經的電流的技術方案，因此，損害USB埠，甚至引起主板故障。
發明內容
本發明實施例提供通用串行總線限流電路和方法，實現了對USB總線電流進行限制，從而保護了 USB接口的安全。本發明實施例提供了一種通用串行總線限流電路，所述電路包括獲取電流單元， 獲取電壓單元，比較單元，和開關單元；所述獲取電流單元，用於通過電流鏡像，獲取流經USB電源線上的電流；所述獲取電壓單元，用於將獲取的電流轉換為對應的電壓；所述比較單元，用於將轉換獲取的電壓與預置電壓比較大小；所述開關單元，用於根據比較大小的結果，控制通用串行總線的電源線的通斷。
優選的，所述電路還包括電流調整單元，用於根據鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經的電流，調整使得鏡像獲取的電流與USB電源線上實際流經的電流成比例。優選的，所述電路還包括獲取預置電壓單元，用於根據輸入的控制電壓，獲取與控制電壓對應的預置電壓。優選的，所述獲取電流單元和開關單元，具體包括P型MOS管MS、MP，其中，P型 MOS管MS和MP的源極分別接到電源供給設備的USB電源線上，P型MOS管MS和MP的柵極分別與比較單元的輸出端連接，P型MOS管MS的漏極與獲取電壓單元的輸入端連接，P型 MOS管MP的漏極接到USB外圍設備的USB電源線上。優選的，所述比較單元具體包括放大器0P1，其正相輸入端與獲取電壓單元的輸出端連接，其反相輸入端輸入預置電壓，放大器OPl的輸出端為所述比較單元的輸出端。優選的，所述電流調整單元具體包括放大器0P2和P型MOS管MF，其中，P型MOS 管MS的漏極與放大器0P2的反相輸入端連接，P型MOS管MP的漏極與放大器0P2的正相輸入端連接，放大器0P2的輸出端與P型MOS管MF的柵極連接，P型MOS管MF的源極與P 型MOS管MS的漏極連接，P型MOS管MF的漏極與OPl的正相端連接。優選的，所述獲取電壓單元具體包括電阻RS，電阻RS的一端接地，另一端與P型 MOS管MF的漏極連接。優選的，所述獲取預置電壓單元，具體包括電阻R0、R1、R2，N型MOS管M1、M2，電流源IO ；其中，電阻R0、Rl、R2依次串聯，電阻R0、Rl、R2依次串聯的支路連接於電流源IO和地之間；N型MOS管Ml的漏極與電流源IO輸出端連接、源極分別與N型MOS管M2的漏極和電阻Rl連接、柵極輸入第一控制電壓VRl ；N型MOS管M2的漏極與MOS管Ml的源極連接、源極與電阻R2非接地的一端連接、 柵極輸入第二控制電壓VR2。本發明實施例還提供了一種通用串行總線限流方法，所述方法包括通過電流鏡像，獲取流經USB電源線上的電流；將獲取的電流轉換為對應的電壓；將轉換獲取的電壓與預置電壓比較大小；根據比較大小的結果，控制通用串行總線的電源線的通斷。優選的，所述將轉換獲取的電壓與預置電壓比較大小之前，所述方法還包括根據鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經的電流，調整使得鏡像獲取的電流與USB電源線上實際流經的電流成比例。優選的，所述方法還包括根據輸入的控制電壓，獲取與控制電壓對應的預置電壓。本發明實施例中通過鏡像獲取流經USB電源線上的電流，並將電流轉換為對應的電壓值，通過比較轉換獲取的電壓值與預置的電壓值大小，控制USB接口上電源線路的通斷，從而實現了限制流經USB電源線上電流，避免電流過大對主板等其它元器件的損傷。
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明實施例提供的一種通用串行總線限流電路示意圖；圖2是本發明實施例提供的另一種通用串行總線限流電路圖；圖3是本發明實施例提供的一種通用串行總線限流方法流程簡圖。
具體實施例方式本發明實施例提供了一種通用串行總線限流電路和方法，可用於需要對USB總線電流工作範圍進行選擇和對USB總線電流進行限流的設備中，用戶可以方便地對電流進行選擇。本發明通過在空載下將電晶體MP完全導通，此時設備電源端與USB總線相連，設備可從USB總線抽取電流，即USB總線對設備進行供電。當設備從USB總線抽取的電流大於最大電流限定值時，通過正反饋環路輸出的控制信號將電晶體MP關斷，從而實現了對USB 總線電流進行限制。通過開關來選擇電阻的大小可以方便地改變USB總線輸出電流的範圍。本發明能用簡單的電路很好地實現USB總線電流的範圍的選擇和限流功能；既節省成本，又能夠提高可靠性，而且還可以減小電路的體積，尤其對於某些成本受限制的設備尤為重要。以下分別進行詳細說明。如圖1所示，本發明實施例提供了一種通用串行總線限流電路，該電路包括獲取電流單元101、獲取電壓單元102、比較單元103、和開關單元104。其中，獲取電流單元101，用於通過電流鏡像，獲取流經USB電源線上的電流；獲取電壓單元102，用於將獲取的電流轉換為對應的電壓；比較單元103，用於將轉換獲取的電壓與預置電壓比較大小；開關單元104，用於根據比較單元103中比較大小的結果，控制USB電源線路的通斷。需要說明的是，獲取電流單元101在實現獲取USB電源線路上的電流時，在獲取電流單元101中的部分元器件可以實現開關單元104的功能，可以認為在獲取電流單元101 中也實現了開關單元104。其中，上述獲取電流單元101中的部分元器件可以是P型MOS管， 當該P型MOS管的源極電壓比柵極的電壓低出MOS管的閾值電壓時，該P型MOS管截止，相當於開關單元103斷開；當該P型MOS管的源極電壓比柵極的電壓高出MOS管的閾值電壓時，該P型MOS管導通，相當於開關單元103閉合。此處對於該P型MOS管的舉例是便於理解本發明實施例子的說明，不應該理解為對本發明實施例的限制。通過對圖1所示的一種通用串行總線限流電路的說明，該電路通過獲取流經USB 電源線上的電流，並將電流轉換為對應的電壓值，通過比較轉換獲取的電壓值與預置的電壓值大小，控制USB接口上電源線路的通斷，從而實現了限制流經USB上電流的大小，避免電流過大對主板等其它元器件的損傷。為了保證獲取電流單元101中獲取的流經USB電源線上的電流大小的準確度，該 USB限流電路還可以包括電流調整單元105，用於根據電流鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經的電流，調整使得鏡像獲取的電流與USB電源線上實際流經的電流成比例。本發明實施例提供的USB限流電路還針對限流範圍不同的USB接口，進行相應的設計，具體體現在該USB限流電路還包括獲取預置電壓單元106，通過獲取預置電壓單元 106中獲取不同取值的預置電壓，從而控制從USB電源線上能夠通過的電流的大小。因此，獲取預置電壓單元106，用於根據輸入的控制電壓，獲取與控制電壓對應的預置電壓。通過增加獲取預置電壓單元106，使得該USB限流電路可以控制流經USB電源線上最大電流的取值範圍，當預置電壓不同，則最大可以通過USB電源線上的最大電流不同。如圖2所示為本發明實施例提供的另一種USB限流電路。該限流電路中，獲取電流單元和開關單元可以具體包括P型MOS管MS、MP，其中，P型MOS管MS和MP的源極分別接到電源供給設備的USB電源線上，P型MOS管MS和MP的柵極分別與比較單元的輸出端連接，P型MOS管MS的漏極與獲取電壓單元的輸入端連接，P型MOS管MP的漏極接到USB 外圍設備的USB電源線上；
還需要說明的是，P型MOS管MS和P型MOS管MP可以是具有相同的寬長比的，也可以是不同。當兩種具有不同寬長比時，具體可以是MOS管MP的寬長比是MOS管MS的寬長比的N倍，則MOS管MS的漏極鏡像獲取的電流是USB電源線上實際流過電流的N分之一，
即
權利要求
1.一種通用串行總線限流電路，其特徵在於，所述電路包括獲取電流單元，獲取電壓單元，比較單元，和開關單元；所述獲取電流單元，用於通過電流鏡像，獲取流經USB電源線上的電流； 所述獲取電壓單元，用於將獲取的電流轉換為對應的電壓； 所述比較單元，用於將轉換獲取的電壓與預置電壓比較大小； 所述開關單元，用於根據比較大小的結果，控制通用串行總線的電源線的通斷。
2.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述電路還包括電流調整單元，用於根據鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經的電流，調整使得鏡像獲取的電流與USB電源線上實際流經的電流成比例。
3.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，所述電路還包括獲取預置電壓單元，用於根據輸入的控制電壓，獲取與控制電壓對應的預置電壓。
4.根據權利要求1、2、或者3任一項所述的電路，其特徵在於，所述獲取電流單元和開關單元，具體包括P型MOS管MS、MP，其中，P型MOS管MS和MP的源極分別接到電源供給設備的USB電源線上，P型MOS管MS和MP的柵極分別與比較單元的輸出端連接，P型MOS 管MS的漏極與獲取電壓單元的輸入端連接，P型MOS管MP的漏極接到USB外圍設備的USB 電源線上。
5.根據權利要求4所述的電路，其特徵在於，所述比較單元具體包括放大器0P1，其正相輸入端與獲取電壓單元的輸出端連接，其反相輸入端輸入預置電壓，放大器OPl的輸出端為所述比較單元的輸出端。
6.根據權利要求4所述的電路，其特徵在於，所述電流調整單元具體包括放大器0P2 和P型MOS管MF，其中，P型MOS管MS的漏極與放大器0P2的反相輸入端連接，P型MOS管 MP的漏極與放大器0P2的正相輸入端連接，放大器0P2的輸出端與P型MOS管MF的柵極連接，P型MOS管MF的源極與P型MOS管MS的漏極連接，P型MOS管MF的漏極與OPl的正相端連接。
7.根據權利要求6所述的電路，其特徵在於，所述獲取電壓單元具體包括電阻RS，電阻RS的一端接地，另一端與P型MOS管MF的漏極連接。
8.根據權利要求3所述的電路，其特徵在於，所述獲取預置電壓單元，具體包括 電阻R0、R1、R2，N型MOS管M1、M2，電流源IO ；其中，電阻R0、R1、R2依次串聯，電阻R0、R1、R2依次串聯的支路連接於電流源IO和地之間；N型MOS管Ml的漏極與電流源IO輸出端連接、源極分別與N型MOS管M2的漏極和電阻Rl連接、柵極輸入第一控制電壓VRl ；N型MOS管M2的漏極與MOS管Ml的源極連接、源極與電阻R2非接地的一端連接、柵極輸入第二控制電壓VR2。
9.一種通用串行總線限流方法，其特徵在於，所述方法包括 通過電流鏡像，獲取流經USB電源線上的電流；將獲取的電流轉換為對應的電壓；將轉換獲取的電壓與預置電壓比較大小；根據比較大小的結果，控制通用串行總線的電源線的通斷。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述將轉換獲取的電壓與預置電壓比較大小之前，所述方法還包括根據鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經的電流，調整使得鏡像獲取的電流與 USB電源線上實際流經的電流成比例。
11.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括根據輸入的控制電壓， 獲取與控制電壓對應的預置電壓。
全文摘要
本發明實施例公開了一種通用串行總線限流電路和方法，所述電路包括獲取電流單元，獲取電壓單元，比較單元，和開關單元；所述獲取電流單元，用於通過電流鏡像，獲取流經USB電源線上的電流；所述獲取電壓單元，用於將獲取的電流轉換為對應的電壓；所述比較單元，用於將轉換獲取的電壓與預置電壓比較大小；所述開關單元，用於根據比較大小的結果，控制通用串行總線的電源線的通斷。該技術方案通過鏡像獲取流經USB電源線上的電流，並將電流轉換為對應的電壓值，通過比較轉換獲取的電壓值與預置的電壓值大小，控制USB接口上電源線路的通斷，從而實現了限制流經USB電源線上電流，避免電流過大對主板等其它元器件的損傷。
文檔編號G06F13/40GK102591832SQ20111000598
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月12日 優先權日2011年1月12日
發明者吳玉強, 石嶺, 高夫 申請人:深圳艾科創新微電子有限公司