專利名稱：一種通用串行總線限流電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明電路領(lǐng)域，具體涉及一種通用串行總線限流電路和方法。
背景技術(shù)：
由于通用串行總線(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(shè)的連接接口。隨著電腦的普及，與電腦相關(guān)的外圍設(shè)備更是不勝枚舉， 尤其對多媒體工作者和玩游戲的人而言，一臺電腦主機(jī)就可能通過USB端口連接很多外圍設(shè)備，而這些外圍設(shè)備所需的工作電流又不盡相同。目前電腦外圍設(shè)備都是靠USB供電，USB協(xié)議規(guī)定USB端口電壓為5V，最大輸出電流為500毫安。但是當(dāng)負(fù)載過重或者設(shè)備突然短路的情況下，USB上流經(jīng)的電流超過額定值，損害USB端口，甚至引起主板故障?，F(xiàn)有技術(shù)中不能提供一種在負(fù)載過重或者設(shè)備突然短路的情況下，限制USB上流經(jīng)的電流的技術(shù)方案，因此，損害USB端口，甚至引起主板故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供通用串行總線限流電路和方法，實現(xiàn)了對USB總線電流進(jìn)行限制，從而保護(hù)了 USB接口的安全。本發(fā)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(guān)單元；所述獲取電流單元，用于通過電流鏡像，獲取流經(jīng)USB電源線上的電流；所述獲取電壓單元，用于將獲取的電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓；所述比較單元，用于將轉(zhuǎn)換獲取的電壓與預(yù)置電壓比較大?。凰鲩_關(guān)單元，用于根據(jù)比較大小的結(jié)果，控制通用串行總線的電源線的通斷。
優(yōu)選的，所述電路還包括電流調(diào)整單元，用于根據(jù)鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經(jīng)的電流，調(diào)整使得鏡像獲取的電流與USB電源線上實際流經(jīng)的電流成比例。優(yōu)選的，所述電路還包括獲取預(yù)置電壓單元，用于根據(jù)輸入的控制電壓，獲取與控制電壓對應(yīng)的預(yù)置電壓。優(yōu)選的，所述獲取電流單元和開關(guān)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(shè)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(shè)備的USB電源線上。優(yōu)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(yù)置電壓，放大器OPl的輸出端為所述比較單元的輸出端。優(yōu)選的，所述電流調(diào)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(yōu)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(yōu)選的，所述獲取預(yù)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(lián)，電阻R0、Rl、R2依次串聯(lián)的支路連接于電流源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(fā)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(jīng)USB電源線上的電流；將獲取的電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓；將轉(zhuǎn)換獲取的電壓與預(yù)置電壓比較大小；根據(jù)比較大小的結(jié)果，控制通用串行總線的電源線的通斷。優(yōu)選的，所述將轉(zhuǎn)換獲取的電壓與預(yù)置電壓比較大小之前，所述方法還包括根據(jù)鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經(jīng)的電流，調(diào)整使得鏡像獲取的電流與USB電源線上實際流經(jīng)的電流成比例。優(yōu)選的，所述方法還包括根據(jù)輸入的控制電壓，獲取與控制電壓對應(yīng)的預(yù)置電壓。本發(fā)明實施例中通過鏡像獲取流經(jīng)USB電源線上的電流，并將電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓值，通過比較轉(zhuǎn)換獲取的電壓值與預(yù)置的電壓值大小，控制USB接口上電源線路的通斷，從而實現(xiàn)了限制流經(jīng)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(fā)明實施例中的技術(shù)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(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)明實施例提供了一種通用串行總線限流電路和方法，可用于需要對USB總線電流工作范圍進(jìn)行選擇和對USB總線電流進(jìn)行限流的設(shè)備中，用戶可以方便地對電流進(jìn)行選擇。本發(fā)明通過在空載下將晶體管MP完全導(dǎo)通，此時設(shè)備電源端與USB總線相連，設(shè)備可從USB總線抽取電流，即USB總線對設(shè)備進(jìn)行供電。當(dāng)設(shè)備從USB總線抽取的電流大于最大電流限定值時，通過正反饋環(huán)路輸出的控制信號將晶體管MP關(guān)斷，從而實現(xiàn)了對USB 總線電流進(jìn)行限制。通過開關(guān)來選擇電阻的大小可以方便地改變USB總線輸出電流的范圍。本發(fā)明能用簡單的電路很好地實現(xiàn)USB總線電流的范圍的選擇和限流功能；既節(jié)省成本，又能夠提高可靠性，而且還可以減小電路的體積，尤其對于某些成本受限制的設(shè)備尤為重要。以下分別進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)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(guān)單元104。其中，獲取電流單元101，用于通過電流鏡像，獲取流經(jīng)USB電源線上的電流；獲取電壓單元102，用于將獲取的電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓；比較單元103，用于將轉(zhuǎn)換獲取的電壓與預(yù)置電壓比較大?。婚_關(guān)單元104，用于根據(jù)比較單元103中比較大小的結(jié)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(xiàn)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(xiàn)開關(guān)單元104的功能，可以認(rèn)為在獲取電流單元101 中也實現(xiàn)了開關(guān)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(dāng)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(dāng)于開關(guān)單元103斷開；當(dāng)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(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)單元103閉合。此處對于該P型MOS管的舉例是便于理解本發(fā)明實施例子的說明，不應(yīng)該理解為對本發(fā)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(jīng)USB 電源線上的電流，并將電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓值，通過比較轉(zhuǎn)換獲取的電壓值與預(yù)置的電壓值大小，控制USB接口上電源線路的通斷，從而實現(xiàn)了限制流經(jīng)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(jīng)USB電源線上的電流大小的準(zhǔn)確度，該 USB限流電路還可以包括電流調(diào)整單元105，用于根據(jù)電流鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經(jīng)的電流，調(diào)整使得鏡像獲取的電流與USB電源線上實際流經(jīng)的電流成比例。本發(fā)明實施例提供的USB限流電路還針對限流范圍不同的USB接口，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，具體體現(xiàn)在該USB限流電路還包括獲取預(yù)置電壓單元106，通過獲取預(yù)置電壓單元 106中獲取不同取值的預(yù)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(yù)置電壓單元106，用于根據(jù)輸入的控制電壓，獲取與控制電壓對應(yīng)的預(yù)置電壓。通過增加獲取預(yù)置電壓單元106，使得該USB限流電路可以控制流經(jīng)USB電源線上最大電流的取值范圍，當(dāng)預(yù)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(fā)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(guān)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(shè)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(shè)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(dāng)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(quán)利要求
1.一種通用串行總線限流電路，其特征在于，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(guān)單元；所述獲取電流單元，用于通過電流鏡像，獲取流經(jīng)USB電源線上的電流； 所述獲取電壓單元，用于將獲取的電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓； 所述比較單元，用于將轉(zhuǎn)換獲取的電壓與預(yù)置電壓比較大??； 所述開關(guān)單元，用于根據(jù)比較大小的結(jié)果，控制通用串行總線的電源線的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電路還包括電流調(diào)整單元，用于根據(jù)鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經(jīng)的電流，調(diào)整使得鏡像獲取的電流與USB電源線上實際流經(jīng)的電流成比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電路還包括獲取預(yù)置電壓單元，用于根據(jù)輸入的控制電壓，獲取與控制電壓對應(yīng)的預(yù)置電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、或者3任一項所述的電路，其特征在于，所述獲取電流單元和開關(guān)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(shè)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(shè)備的USB 電源線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，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(yù)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(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述電流調(diào)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(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述獲取預(yù)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(lián)，電阻R0、R1、R2依次串聯(lián)的支路連接于電流源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，其特征在于，所述方法包括 通過電流鏡像，獲取流經(jīng)USB電源線上的電流；將獲取的電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓；將轉(zhuǎn)換獲取的電壓與預(yù)置電壓比較大??；根據(jù)比較大小的結(jié)果，控制通用串行總線的電源線的通斷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述將轉(zhuǎn)換獲取的電壓與預(yù)置電壓比較大小之前，所述方法還包括根據(jù)鏡像獲取的電流，和USB電源線上實際流經(jīng)的電流，調(diào)整使得鏡像獲取的電流與 USB電源線上實際流經(jīng)的電流成比例。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括根據(jù)輸入的控制電壓， 獲取與控制電壓對應(yīng)的預(yù)置電壓。
全文摘要
本發(fā)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(guān)單元；所述獲取電流單元，用于通過電流鏡像，獲取流經(jīng)USB電源線上的電流；所述獲取電壓單元，用于將獲取的電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓；所述比較單元，用于將轉(zhuǎn)換獲取的電壓與預(yù)置電壓比較大小；所述開關(guān)單元，用于根據(jù)比較大小的結(jié)果，控制通用串行總線的電源線的通斷。該技術(shù)方案通過鏡像獲取流經(jīng)USB電源線上的電流，并將電流轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓值，通過比較轉(zhuǎn)換獲取的電壓值與預(yù)置的電壓值大小，控制USB接口上電源線路的通斷，從而實現(xiàn)了限制流經(jīng)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(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者吳玉強(qiáng), 石嶺, 高夫 申請人:深圳艾科創(chuàng)新微電子有限公司