【技术大神】USB 防护电路设计及注意事项

2016-09-07 技术大神活动文章
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在我们设计的一款工控机产品中,带有四个USB2.0接口,分别用于接鼠标、键盘以及其它的USB设备。我们发现在做EFT或者静电试验时,外接的键盘和鼠标会死掉。轻者试验结束后,鼠标键盘还能使用。重者试验结束后,鼠标和键盘需要重新插拔后才能使用,因此非常影响设备的使用。另外插入USB接口设备的电流过大的情况,可靠导致前期电源损坏等情况,这两个问题实际是USB设备存在比较大点问题。


面对此问题,我们对电路进行了改版。与世强的FAE沟通后,其根据我们的实际需求推荐了一些电路的防护器件。项目的USB2.0速率为480Mbps,对于此接口防护的TVS管结电容在5pF以内,世强FAE便推荐使用LITTELFUSE的TVS二极管SP3002。SP3002芯片的结电容仅仅0.85pF,对ESD接触12KV,空气15KV,EFT有效抵抗40A,5/50ns冲击,浪涌有效抵抗4.5A,8/20uS冲击。而且由于SP3002为SOT23-6封装,体积非常小,适合USB端口比较密集的场合,在两个USB端口采用一片SP3002芯片即可。如下图1为USB接口采用SP3002防护的电路图。


图1:USB接口采用SP3002防护的电路图


为了更有效的防止USB接口的过电流,在5V电源上串一根快恢复保险丝,这样过流可以更好的防护由于外部USB过电流对电源的影响。如果外接USB设备电流超过快恢复保险丝电流,快保险丝能够快速断开5V电源,过电流消失后,快恢复保险丝恢复,供电正常。此优化方案成本低,可靠性高,可重复使用。另外,一般USB2.0能够提供500mA的电流,故保险丝采用Ihold为0.5A的器件,型号为1206L050/15。USB电源保护电路如图2所示。
 

图2:USB电源保护电路


经过上述电路的改进,新设计的工控机板卡在进行电源EFT和静电测试时,接在此USB的键盘鼠标再无出现死机的情况。我们一并测试了USB设备外加0.6A的电流的电路情况,包括保险丝保护及5V电源端口,发现在电流去掉后USB接口又恢复正常。


在上述USB电路保护的时候,选取器件和布线需注意以下几点:
1)在选取TVS阵列时,USB2.0选取的结电容在5pF以下,USB3.0选取的结电容在1pF以下,如果不按此选取,会对差分信号质量有很大的影响。
2)USB电源部分除了串联快恢复保险丝,后端还可再添加PI型滤波电路,这样有效的减小EMI的干扰。
3)在选取快恢复保险丝时,根据需要选取小尺寸封装。另外,Ihold为USB能够通过的最大电流值,例如USB2.0为500mA,USB3.0为900mA,也需根据不同的需求选型。
4)在PCB板设计时,USB接口的差分线需要用地包裹。差分线下面需要有完整的参考平面,TVS保护器件需要可靠的接到大地平面,使干扰能够快速释放到大地上。
5)在USB端口比较密集的情况下,保护器件是必不可少,建议选用体积小且一个便可保护多路USB的TVS器件。


通过上述讲解,USB防护能够有效的避免,笔者认为很大一部分功劳可归根于Littelfuse的TVS防护器件。经使用后发现Littelfuse的产品是电路防护不错的选择!


作者:国电南网 吴工

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  • 五五分成 Lv7 资深专家 2018-08-25
    接口防护电路的TVS管为什么都是正反两个方向,不能采用单向的防护管吗?
    • Honglei_世强回复: USB数据线上全部用的是双向TVS二极管保护,主要是考虑到瞬间电压有负的,最好采用双向的,才能抑制正负的电压。

      查看全部7条回复

  • 五五分成 Lv7. 资深专家 2018-08-25
    好设计。
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Littelfuse(力特) 保险丝217,218,617,618系列CE声明

描述- Littelfuse公司声明确认其产品符合欧洲指令2006/95/EC,即关于在特定电压范围内使用的电气设备法规的协调指令。产品完全符合IEC标准60127-1第二版(2006年)和60127-2第二版(2003年)。这些产品需按照专业实践、相关安装标准和制造商的说明进行安装、维护和使用。根据指令,CE标志可应用于产品、包装或说明书。参考/目录编号为217、218、617、618 5x20mm玻璃管状保险丝。

型号- 0218015.HXP,0217.630MXP,0618002.MXEP,0218010.MXP,0217010.,021806.3,0217.500HXP,0218010.,02183.15,0217.032MXEP,0217005.HXP,0218005.HXP,02171.25MXP,02183.15MXP,0618001.MXEP,0217.032,02171.25,0617001.MXEP,0218016.MXEP,061806.3MXP,0217.630,0617001.MXP,0217005.,0218.315,021806.3MXEP,021801.6HXP,0218.032,0218.315MXP,0217015.MXEP,0218005.,06173.15MXP,0218001.,061806.3MXEP,0217015.MXE,0217.500,0617005.,0618.315,021806.3HXP,0218001.HXP,0617001.,021801.6,0617005.MXP,0217010.HXP,0617002.MXEP,217,0618002.MXP,0618001.,218,0218016.,617,618,0617002.MXP,0217010.MXEP,0217015.,061806.3,0617002.,0618001.MXP,0218.032MXEP,06173.15,0218015.MXEP,0618.315MXEP,0218015.,06183.15MXP,0618002.,06183.15

2009年06月19日  - LITTELFUSE  - 测试报告 代理服务 技术支持 采购服务

【产品】力特全新电子保险丝保护集成电路系列,包括四种多功能电路保护器件,适用于各类消费电子产品和数据通信接口

力特电子保险丝保护集成电路采用了创新设计,可提供广泛的电源输入范围和集成保护。除过压保护外,该系列电子保险丝还能防止过流、短路、浪涌电流、反向电流和过热事件,并具有实时诊断功能——所有功能全部在一个芯片中实现。

2022-10-22 -  新产品 代理服务 技术支持 采购服务

Littelfuse(力特) 314/324 盒型和轴向引线保险丝数据手册

描述- 本资料介绍了Littelfuse公司的3AB快速熔断保险丝系列,包括其特性、规格和应用。该系列保险丝具有陶瓷外壳结构,适用于高电流负载应用,提供个体保护。

型号- 0314XXXXMXP,0324015.,324 SERIES,314,0314001.MXP,0314010.MXP,0314.500MXP,0324030.,0324010.,0324040.MXP,0314007.MXP,0314.750MXP,0324030.HXP,0314008.MXP,0324.375,0324020.MX280P,0314025.MXP,324,0324020.MXP,0324015.MX280P,0314030.MXP,0314012.MXP,0314.375MXP,324 000P,0314012.,314 SERIES,0314005.MXP,0314020.MXP,0314040.,0324001.MXP,0314006.MXP,0324010.HXP,0324040.,0324020.,0314002.MXP,0324010.MXP,0324015.HXP,0314040.MXP,0314015.,0314015.MXP,314 000P,0314.375,0324010.MX280P,0324030.MXP,0314003.MXP,0324025.MXP,0324001.,0324025.MX280P,0314004.MXP,0324025.,0324.375HXP

2016年05月26日  - LITTELFUSE  - 数据手册 代理服务 技术支持 采购服务

Littelfuse(力特) 最专业最齐全的全球领先保护器件

描述- Littelfuse公司简介:全球领先的电路保护企业,提供广泛且尖端的电路保护产品及解决方案。公司成立于1927年,全球拥有7500员工,2014年全球销售额865亿美元,全球分布有35个联络处。公司产品涵盖消费电子产品、汽车、商用车辆和工业设备等多个领域,提供针对不同应用需求的解决方案。 主要产品介绍:Littelfuse提供过流保护器件(保险丝、自恢复保险丝)、过压保护器件(瞬变抑制二极管、压敏电阻、气体放电管、SIDCtor保护晶闸管、聚合物ESD抑制器)、开关型晶闸管、LED保护器、簧片开关和磁簧传感器等。 重点市场及主推型号介绍:涵盖消费/通信、工业汽车等多个市场,提供多种型号的产品以满足不同需求。例如,过流保护器件中的保险丝和自恢复保险丝,过压保护器件中的瞬变抑制二极管和压敏电阻等。

型号- 1.5SMC540CA,SMBJ,1812L,SMBJ8.5CA,5KP200A,SMBJ51A,SMBJ75A,SMBJ70CA,SG75,SL1411A600A,PLED 5 QFN,5KP40A,5KP64A,AC,1812L020PR,SMBJ40A,SMBJ17CA,SMBJ64A,1.5SMC200CA,1.5SMC36CA,5KP18CA,1.5SMC13CA,5KP51A,5KP75A,SMBJ160CA,0312005.MXP,0456040.DR,5KP8.5CA,K1500GRP,1812L110/33MR,SMBJ85A,SMBJ28CA,5KP160CA,CG3,K2200G,5KP78A,1.5SMC510A,60R110XU,5KP,5KP28CA,SMBJ300A,5KP30A,CG35.0,5KP54A,SMBJ150CA,MDCG-4,1206L012WR,1206L110WR,1.5SMC8.2CA,SMBJ16CA,1812L150/12DR,5KP70CA,5KP17CA,CG35.0LTR,5KP180CA,CG32.0,K1100GRP,5KP60A,1.5SMC7.5CA,SMBJ170CA,1.5SMC27CA,SMBJ400A,K1200E70,1.5SMC91CA,SMBJ60A,SMBJ15CA,1.5SMC180CA,1.5SMC400A,5KP16CA,1.5SMC15CA,1.5SMC9.1CA,1.5SMC6.8CA,SL1411A800A,SMBJ26CA,SMBJ400CA,1.5SMC300A,60R050X,60R,5KP26CA,SMBJ90CA,1.5SMC300CA,SL1411A800,1.5SMC530CA,60R010XU,SMBJ70A,SMBJ14CA,1.5SMC530A,5KP170CA,60R075X,60R160X,5KP15CA,5KP85A,1.5SMC16CA,1.5SMC39CA,SM24CANA-02HTG,60R090XPR,1.5SMC82CA,SMBJ48CA,60R300X,1.5SMC200A,5KP12A,5KP36A,5KP24A,5KP48A,1.5SMC36A,1.5SMC24A,1.5SMC12A,0452002.,5KP48CA,5KP200CA,1.5SMC510CA,K2200SRP,SMBJ130CA,SM24CANA,5KP6.5CA,5KP90CA,1.5SMC11A,SMBJ13CA,1.5SMC540A,5KP190CA,SMBJ36CA,5KP11A,1.5SMC47A,0456030.ER,1812L075/33DR,5KP14CA,SL1411A,048502.5,SMBJ24CA,1.5SMC440A,1812L050PR,5KP14A,1.5SMC170CA,5KP26A,CG31.5LTR,CG31.5,5KP24CA,SMBJ90A,SMBJ12CA,1.5SMC400CA,1.5SMC550A,SMBJ58CA,5KP13A,SMBJ188CA,1.5SMC13A,SMBJ350CA,0452001.,1.5SMC18CA,5KP8.0CA,5KP13CA,5KP36CA,AC120,SMBJ5.0A,1.5SMC220A,1812L150/24,0312.062MXP,048502.5DR,K2400G,SMBJ180A,1.5SMC16A,312,SL1411A470A,1.5SMC150CA,5KP20A,1206L035YR,045803.5,1206L050/15YR,5KP100CA,SMBJ11CA,1.5SMC100A,V05E17P,SL1411A090,5KP7.5CA,1.5SMC39A,1.5SMC27A,1.5SMC15A,5KP190A,K1500SRP,5KP210CA,K1500E70,0452007.,5KP12CA,5KP58CA,5KP43A,1.5SMC62CA,SMBJ22CA,SMBJ45CA,CG32.0LTR,452,5KP22A,1.5SMC18A,5KP58A,SMBJ170A,SMBJ10CA,456,458,LV ULTRAMOV,K1500,1206L150PR,60R090X,5KP22CA,5KP45CA,5KP10A,K1200G,5KP5.0A,CG31.01,1812L200DR,SMBJ6.0A,1.5SMC110A,SMBJ33CA,SMBJ250CA,5KP45A,1206L150THWR,5KP33A,5KP9.0CA,5KP180A,5KP11CA,SL1411A350A,1.5SMC160CA,0452005.,SMBJ5.0CA,5KP6.0A,60R110XMR,SMBJ220CA,1.5SMC250CA,1.5SMC480CA,5KP110CA,60R075XPR,045602.5,SMBJ160A,0456030.,1812L200THPR,5KP6.0CA,1.5SMC51CA,K2200GRP,1.5SMC120A,1.5SMC75A,SMBJ78CA,1.5SMC51A,SG300,1.5SMC350A,60R110X,5KP10CA,SMBJ43CA,5KP170A,SMBJ20CA,1.5SMC9.1A,1812L110,5KP33CA,0458007.DR,SMBJ7.0A,1.5SMC30A,1.5SMC480A,1.5SMC,1206L160ZR,1.5SMC250A,TMOV25SP115E,5KP20CA,5KP43CA,SMBJ54CA,SG,SMBJ18A,1812L075/24DR,5KP220CA,1812L010DR,0456040.,1206L200,SMBJ150A,1206L050YR,1.5SMC75CA,60R160XF,0458007.,0452007.MRL,SMBJ6.0CA,1.5SMC130A,5KP160A,K2000F1,SMBJ100CA,1.5SMC7.5A,1.5SMC8.2A,1812L050/30PR,1.5SMC6.8A,5KP78CA,0452001.MRL,0456020.ER,1.5SMC20A,SMBJ6.5A,5KP7.0CA,5KP16A,SMBJ16A,SMBJ30CA,1.5SMC68A,5KP28A,SMBJ28A,1.5SMC56A,5KP6.5A,1812L200,SMBJ188A,K1200,5KP7.0A,SMBJ8.0A,1.5SMC30CA,1.5SMC43A,5KP150A,SMBJ440CA,5KP54CA,SMBJ64CA,60R300XF,5KP15A,K2400,SMBJ17A,1812L300MR,1.5SMC350CA,1206L110,SMBJ250A,SMBJ120CA,1.5SMC43CA,5KP8.0A,1.5SMC20CA,1.5SMC22A,1.5SMC10A,5KP250A,5KP64CA,SMBJ14A,SMBJ75CA,SMBJ26A,5KP18A,1812L300,0456020.,SMBJ110CA,0458001.,SMBJ7.0CA,K1100,SMBJ130A,1.5SMC130CA,0312002.MXP,SL1411A470,SL1411A350,1206L016,SMBJ7.5A,1.5SMC33A,5KP120CA,1.5SMC150A,SMBJ40CA,5KP30CA,SMBJ15A,5KP17A,1206L012,1206L075/13.2WR,K1500G,SMBJ9.0A,045803.5DR,0312035.MXP,SMBJ12A,SMBJ51CA,60R185X,5KP40CA,SMBJ36A,SMBJ24A,SMBJ48A,0452002.MRL,MDSR-10,SMBJ350A,1.5SMC110CA,SMBJ120A,1.5SMC91A,TMOV25S,SMBJ6.5CA,60R030XU,5KP130A,0312002.,1.5SMC160A,5KP75CA,1206L150,SMBJ13A,SMBJ85CA,K2200,1206L035,5KP7.5A,0456025.,1812L075,5KP250CA,SMBJ8.0CA,K2400SRP,1.5SMC22CA,SMBJ8.5A,0452005.MRL,5KP130CA,1.5SMC82A,60R030X,1206L160,SMBJ22A,60R250XF,5KP85CA,SMBJ58A,K2400E70,5KP70A,SMBJ110A,5KP8.5A,1.5SMC68CA,SL1411A600,SMBJ300CA,1.5SMC170A,1.5SMC33CA,1.5SMC10CA,1206L075THYR,5KP9.0A,5KP120A,1206L016WR,SMBJ10A,1206L050,1812L050,0456025.ER,5KP51CA,SMBJ11A,0312005.,SMBJ220A,SMBJ180CA,1.5SMC56CA,1.5SMC120CA,KXXXZY,1206L,K2000E70RP3,SMBJ43A,5KP220A,SMBJ7.5CA,1.5SMC440CA,60R250X,0458001.DR,SMBJ100A,1.5SMC550CA,1.5SMC180A,1.5SMC11CA,5KP5.0CA,5KP110A,SMBJ20A,5KP150CA,SMBJ45A,SMBJ33A,K2000,SMBJ9.0CA,1206L200PR,SMBJ60CA,0458001.DRA,1.5SMC100CA,1206L075,1812L150,SMBJ440A,5KP90A,0312035.,1.5SMC62A,SMBJ200CA,5KP210A,SM24CANA-02,SMBJ78A,60R010X,5KP60CA,60R050XPR,1.5SMC47CA,1.5SMC24CA,1812L020,60R185XF,SL1411A090C,0312.062,SMBJ30A,SMBJ18CA,1.5SMC220CA,5KP100A,SMBJ54A,0312.187,1812L110/16DR,SMBJ200A,1.5SMC12CA,1812L010

2016年01月01日  - LITTELFUSE  - 培训文档-商品应用及供应商介绍 代理服务 技术支持 采购服务

Littelfuse保险丝、TVS、功率MOSFET为消费电子产品电源和工业电源提供可靠保护

Littelfuse为不同应用提供可靠的电源保护,包括8.0SMDJ高电压瞬态抑制二极管解决方案、CG3系列两端子高压等离子气体保护器、875系列紧凑型3.6 X 10 mm单引线保险丝、提供HiPerFET™选项的700V功率MOSFET等。‍

2020-11-05 -  原厂动态 代理服务 技术支持 采购服务

Littelfuse(力特) 5×20mm 保险丝模压证书

型号- 0216.200MXP,0217.630MXP,0218010.MXP,02161.25MXEP,0215015.MXEP,0215001.,0217.500HXP,0218010.,021612.5,0215012.MXP,02183.15,0217.032MXEP,0216.630XP,021601.6MXEP,02171.25MXP,021602.5HXP,0215.125,021502.5,0617001.MXEP,02171.25,0219004.,0218016.MXEP,061806.3MXP,0217.630,0617001.MXP,0216010.MXEP,0218.315,0215002.,02193.15MXAP,0219004.MXAP,021806.3MXEP,0218.032,0218.315MXP,0215020.MXP,0216.200,0213.200MXEP,0216010.,0218005.,021506.3,0219.040MXAEP,0215020.MXEP,0217.500,0618.315,0617001.,0218001.HXP,021801.6,0617005.MXP,0217010.HXP,0215001.HXP,0215008.,0219.315,0618002.MXP,0218016.,02153.15MXEP,02193.15,0215005.MXP,021602.5MXP,021601.6MXP,0215010.MXEP,0617002.,02153.15MXESPP,021601.6,0215012.,0219.040,0216.100MXEP,0218015.,06183.15MXP,0216016.,06183.15,0218015.HXP,0618002.MXEP,0217010.,021806.3,0213005.,0216.630,021606.3MXP,021506.3MXP,0217005.HXP,0218005.HXP,0216001.,02153.15MXP,02161.25,0215.125MXEP,02183.15MXP,0618001.MXEP,0217.032,0216016.MXEP,0219.315MXAP,0217005.,0215010.,021602.5,021606.3,021801.6HXP,02153.15,06173.15MXP,0217015.MXEP,0215015.MXP,0218001.,061806.3MXEP,0217015.MXE,0215002.HXP,0617005.,0216.050MXEP,021806.3HXP,0215015.,0617002.MXEP,0216001.HXP,213,215,216,0216.050,217,0618001.,0215008.MXP,0213.200,218,219,617,618,0617002.MXP,0216.100MRET1P,0215005.MXEP,0217010.MXEP,0215020.,0217015.,061806.3,0618001.MXP,0215002.MXEP,06173.15,0218.032MXEP,0215005.,0218015.MXEP,021612.5MXEP,0215010.MXP,0216.100,0618.315MXEP,0618002.,0216001.MXEP

2015年02月12日  - LITTELFUSE  - 测试报告 代理服务 技术支持 采购服务

如何选择保险丝的额定电流参数?

根据电路的额定工作电流来选择保险丝的额定电流即额定电流=工作电流/0.75。当计算出的值不是规格书中常见的额定电流时,应选择最临近额定值的较高值。

2017-10-10 -  技术问答 代理服务 技术支持 采购服务

【产品】UL认证L级保险丝!极佳限流性能减少高昂停机成本

KLPC系列可在500%的额定电流下提供最低十秒的延时。

2019-07-05 -  新产品 代理服务 技术支持 采购服务

【选型】Littelfuse(力特) 保险丝附件快速选型参考指南

描述- 本指南为Littelfuse保险丝附件的快速选型提供参考,涵盖了不同类型的保险丝座、块和夹具,包括线式保险丝座、面板安装保险丝外壳和电路板安装保险丝。指南详细列出了不同尺寸和类型的保险丝及其对应的附件,包括电路连接方法、保险丝类型和系列。此外,还提供了不同保险丝系列的具体型号和代码,以便用户快速查找和选择合适的保险丝附件。

型号- 111512,122090,5200001,111510,345101SHOCKSAFE,254131,102080,122093,FH503,PTF010,150318,111,150319,232,595,PTF015,150316,233,354,596,150317,234,235,356,477,598,150315,52000001009,359,239,100058,254011-008,150274,111501,4450718,122088,122087,111506,111505,51900001009,122083,PTF020,10207101009,OMN002,400,OMN004,369,523,OMN006,646,150322,647,FC51,649,804,807,345121,808,102064,FH604,101010,370,PTF078,52100001009,FH602,PTF077,372,373,PTF075,374,5710000000,377,652,254101,656,810,101002,520002,811,101003,658,813,00300210,814,FB65,FB66,102074,102076,520005,PTF080,102079,520004,102078,520003,254121,NY61AP,382,102071,262,383,385,121004,662,663,121001,268,664,269,665,121003,303,121002,35409,FB55,35408,35406,FB58,445073,PTF050,392,272,273,274,395,396,155,397,398,278,219XA,279,312,313,830,314,556,831,557,520101,559,834,LH61A800,101001,0CT136,PTF065,285,560,562,322,564,445,326,208,209,605,04450001,PTF0080M,254201-208,030201,332,213,576,852,215,853,216,217,218,617,618,51800001009,PTF045,150307,100,150308,OCT136,862,225,354252,150300,229,505,506,508

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Littelfuse(力特) ATOF系列保险丝数据手册

描述- 该资料介绍了由Littelfuse开发的ATOF®刀片式熔断器,适用于汽车行业。这些熔断器具有32V的电压额定值,中断能力为1000A @ 32VDC。它们在国内外汽车和卡车中被用作原装电路保护标准,易于识别和更换,适用于多种低压电子应用。

型号- 0287003.,0287025.PXCN,0287030.H,0287015.,0287030.L,0287015.H,0287030.U,0287002.PXCN,0287015.L,0287003.PXCN,0287015.U,0287010.,0287035.PXCN,0287020.H,0287040.PXCN,0287001.H,0287020.L,0287005.H,0287001.L,0287010.PXCN,0287003.H,0287005.L,287,0287003.L,0287001.U,0287020.U,0287005.U,0287003.U,0287025.,0287001.,0287075.H,0287005.,0287035.H,0287010.H,0287035.L,0287005.PXCN,0287075.L,0287010.L,0287075.U,ATOF,0287010.U,0287075.PXCN,0287035.U,0287020.,0287040.,0287030.PXCN,0287004.PXCN,0287040.H,0287015.PXCN,0287002.H,0287040.L,0287002.L,0287004.H,0287025.H,ATOF 32V,0287020.PXCN,0287040.U,0287004.L,0287025.L,0287004.U,0287002.U,0287025.U,0287001.PXCN

2016年03月17日  - LITTELFUSE  - 数据手册 代理服务 技术支持 采购服务
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