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在即插即用的世界中提供端口的防护功能

person inserting usb cable on usb port 3531858

作者:电源接口与音频事业部总监 John Fang,Diodes Incorporated

 

我们生活在一个即插即用的世界里,似乎可以随意连接电子装置或中断连接,无需担心两种装置连接时是否会发生问题。当然,这是一个透过各种标准推动的世界;就是这些标准让制造商做出的产品能在连接时共同运作。但这也是一个可能遭到滥用或无意间误用的世界。

成功的一套标准,或许就是通用串行总线 (USB) 了。一开始是连接 PC 与周边装置的便利解决方案,现在已经发展成为能支持种类极为广泛的产品,其中许多产品是透过 USB 端口来供电,而且经常无需使用 USB 总线的通讯功能。

当 PC 等电气装置同时做为周边装置的电源时,就会产生设计上的额外考虑。设计人员需要思考的是,如何以安全可靠的方式为装置本身及周边装置供电。由于现今 USB 端口十分普及,因此,在设计产品时利用各端口提供的 5V (可高至 5A) 电力已成为普遍做法。作为「热插入」技术,在连接装置和中断连接装置之前,不需先行隔离 USB 端口的电源,这种便利性也助长了 USB 端口的流行。

虽然装置都会有应符合的标准,但对于设计不良的产品来说,就算符合标准也无法提供适当的保护。只要具备正确接头,任何装置都能插入 USB 端口,而供电装置可能因选择了不良设计而受到影响。

USB 标准之所以简单,部分原因在于,供电之前装置间无需先交换信息;也就是这项功能,让灯光或风扇等装置能透过 USB 端口运作。会这样的原因非常简单;如果在供电之前要先进行交握,周边装置中就必须备有另一个电源,才能支持装置彼此进行通讯。这个需求的确有可能透过 NFC 或 RFID 等非接触式通讯标准来满足,但实际上并没有机会加入这么剧烈的变动。

这种简单性所付出的代价就是有可能发生故障。举例来说,装置可能会要求过多的电力,或在供电接脚之间产生短路;装置甚至可能将来自外部的电力转送回 USB 端口,导致供电装置接触到反向偏压。制造商防止这类故障的方式,就是使用专为这项工作设计的电源开关。

适合的解决方案需提供多项功能,包括可自动回复的过电流、短路与过温保护机制,以及反向电流和/或电压的防护功能。理想上,解决方案也能提供宽广的输入电压范围,因为是电源开关,所以超低的导通电阻可以将功率损耗降到极低。缓启动功能可确保输出电压具备合理的上升时间,以便同时保护来源与负载;同时,具备针对任何浪涌电流提供一定程度保护的功能,就能将假故障状态减到极少。

Diodes 的 AP22811/22804/22814 系列电源开关 提供了上述所有功能,还包括更多其他的功能。这些装置为 USB 端口的防护提供了理想的解决方案,可提供 2.0A、2.5A 或 3.0A 的电流,而 RDS(ON) 只有 50mΩ。这些产品提供了高效率和绝佳保护,能确保即插即用拥有乐观的长远未来!

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