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USB3.0作為新一代的USB接口，特點(diǎn)是傳輸速率非常快，理論上可達(dá)到5Gbps，比常見(jiàn)的USB 2.0（480Mbps High Speed USB）快近10倍。外形和普通的的USB接口基本一致，能兼容USB2.0和USB1.1設(shè)備。由下圖1：USB3.0線纜結(jié)構(gòu)圖可以發(fā)現(xiàn)，從USB2.0到USB3.0最重要的物理變化就是稱為SSRX+ / SSRX-和SSTX+ / SSTX-的兩個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)的引進(jìn)，并且他們保持著和現(xiàn)有的D-/ D+數(shù)據(jù)總線并列運(yùn)行。這就允許了數(shù)據(jù)全雙工同時(shí)傳輸，而USB2.0總線只能進(jìn)行單個(gè)雙工傳輸。 圖1：USB3.0線纜結(jié)構(gòu)圖 USB3.0過(guò)電流保護(hù) 從新的USB3.0規(guī)范可以發(fā)現(xiàn)，其要求接口支持的電流能力已經(jīng)從500mA提升到了900mA。如此高的電流很容易造成外界電子設(shè)備的損壞。因此，新的USB3.0電路的過(guò)電流保護(hù)能力也必須隨之做出相應(yīng)的提升以滿足應(yīng)用之需求。查看USB3.0相關(guān)規(guī)范，其中已有明確要求使用限電流組件作為電源端之過(guò)電流保護(hù)，TE的高分子聚合物正溫度系數(shù)熱敏電阻(PPTC)恰為USB端口過(guò)電流保護(hù)提供了最具性價(jià)比的解決方案。其典型應(yīng)用電路如下圖2所示，在USB電源總線上添加的TE/PPTC器件可以在短路的情況下限制電流，并能防止由于突然的短路引起的過(guò)電流損壞。同時(shí)PPTC也可以幫助實(shí)現(xiàn)UL60950-1標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于有限電源的規(guī)定。 圖2 下面就PPTC在USB3.0應(yīng)用中的選型展開(kāi)探討如下： 選擇PPTC為作為USB3.0端口保護(hù)時(shí)，通常需要從如下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)考慮： (1) 端口最大電流(USB2.0 為0.5A/USB3.0為0.9A); (2) PPTC工作位置的環(huán)境溫度; (3) PPTC動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間要求. 以獨(dú)立端口USB3.0過(guò)電流保護(hù)為例：根據(jù)上面第1點(diǎn)和第2點(diǎn)，假設(shè)USB3.0的極限最高工作溫度為60度，則PPTC 選擇時(shí)的主要考慮指標(biāo)Ihold電流至少在高溫60度大于等于0.9A，根據(jù)下圖3/表S2：TE貼片類PPTC產(chǎn)品溫度折減表，可以查得miniSMDC125F在60度條件下的保持電流剛好0.9A，但考慮電路設(shè)計(jì)需要留有一定余量，因此PPTC規(guī)格至少需選到常溫1.5A，即miniSMDC150F是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。否則，PPTC有可能會(huì)因電流能力不夠，提前觸發(fā)導(dǎo)致電路工作異常。 圖3：TE貼片類PPTC產(chǎn)品溫度折減表 再來(lái)看下兩端口組的應(yīng)用情況，可以把兩個(gè)端口(總輸出1.8A)聯(lián)系在一起，使用一個(gè)PPTC保護(hù)兩個(gè)端口，選型考量同單獨(dú)端口情況，則產(chǎn)品型號(hào)miniSMDC260F是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，其在60℃條件下的Ihold電流能力為2A。 再根據(jù)第3點(diǎn)之要求，參照下圖4/S3：TE貼片類PPTC產(chǎn)品參數(shù)特性表，所選型號(hào)可滿足在8A電流通過(guò)時(shí)動(dòng)作時(shí)間小于5秒。考慮到實(shí)際發(fā)生短路故障觸發(fā)時(shí)的電流更更高，則PPTC的響應(yīng)時(shí)間會(huì)隨之變短。正好可以符合UL60950 -1有限電源規(guī)范規(guī)定。 圖4：TE貼片類PPTC產(chǎn)品參數(shù)特性表 USB3.0 過(guò)電壓保護(hù) 通常過(guò)壓事件是由一系列失效條件引發(fā)，如操作不當(dāng)、使用不正規(guī)電源、熱插拔等�？紤]到USB3.0提高了正常工作電流及其上限，因此針對(duì)USB2.0端口設(shè)計(jì)的過(guò)壓保護(hù)器件可能就不能滿足于保護(hù)新的USB3.0端口。熱插拔過(guò)程勢(shì)必伴隨著高壓感應(yīng)尖峰的產(chǎn)生，此尖峰極大可能損壞總線上的其它設(shè)備。因此，一個(gè)設(shè)計(jì)良好保護(hù)電路必須要能吸收此類尖峰電壓，從而避免設(shè)備受尖峰電壓導(dǎo)致的損害。基于TE內(nèi)部實(shí)際測(cè)試，熱插拔引起的瞬態(tài)電壓盡管非常短暫，但電壓峰值可能高達(dá)16～24V。如此高的電壓極大可能造成后級(jí)敏感電子設(shè)備的損壞。 TE 在電路保護(hù)方面擁有著豐富的產(chǎn)品線，其獨(dú)有的PolyZen器件，常被用于對(duì)USB外圍設(shè)備和5V計(jì)算機(jī)總線上的器件進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)。該器件在保護(hù)后級(jí)敏感電子設(shè)備（對(duì)耐受電壓要求較高的半導(dǎo)體器件）可起到很好的保護(hù)效果。其典型的故障響應(yīng)曲線如下圖5/圖6所示意，可以發(fā)現(xiàn)其Vout始終保持在穩(wěn)定狀態(tài). 圖5 圖6 PolyZen微組件的一大優(yōu)點(diǎn)在于,齊納二極管通過(guò)熱連接至非線性高分子正溫度系數(shù)電阻（PPTC）層。這個(gè)PPTC層全面集成到器件中，以串聯(lián)的形式電連接在Vin與由二極管鉗制的Vout之間。這個(gè)先進(jìn)的PPTC層通過(guò)由低電阻狀態(tài)切換為高電阻狀態(tài)，從而對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的二極管過(guò)熱或者過(guò)電流事件做出相應(yīng)。動(dòng)作的PPTC會(huì)限制電流生成壓降。這就有助于保護(hù)齊納二極管及隨后的電子設(shè)備，有效地提高了二極管的電源處理能力。 將TE/PolyZen器件放置在如下圖7的USB供電設(shè)備的電源輸入端VBUS端口，將特別有助于保護(hù)設(shè)備免受過(guò)壓事件帶來(lái)的損壞。 圖7 |
