车载ECU中USB接口电路供电保护设计

1、车载ecu中usb接口电路供电保护设计车载ecu的平安性能要求很高，在电气、物理、化学等各方面，各大汽车厂商通常都有自己严格的标准。普通状况下，车载ecu的外部接口都要有各种故障庇护，其中最重要的莫过于对车载12v电源或对地发生短路时的庇护电路。因为接口可以挺直输出5伏电源，所以短路庇护显得尤为重要。本文设计的庇护电路可以实现对usb电源输出线的有效庇护，无论usb电源输出线vbus发生对12v电源还是对地短路，均不影响车载ecu内部电路的正常工作，实现了本质平安级的短路庇护。1、 前言为了保证行车平安，车载ecu的平安性能要求很高，在设计时便要保证故障发生率尽量低。作为目前应用最为广泛的移动

2、外设与主机间通讯接口，usb（universal serial bus）具有成本低、用法容易、支持即插即用、易于扩展等特点，在车载消遣和存储设备上获得了广泛的应用。由于usb接口提供了内置电源，可提供 500ma以上的，对于一些功率较大的设备，如移动硬盘等，其瞬时驱动电流则可达到1a以上。假如车载ecu上带有像usb这种可以挺直输出电源的接口，为防止接口电路发生对电源或对地短路时损坏机体，其接口部分通常都应具有庇护电路，以便执行故障自诊断和庇护功能。当系统产生故障时，它能在存储体中自动记录故障代码并采纳庇护措施，防止系统损坏，避开引起平安事故。2、 电路设计利用并结合外围电路，本文设计了一种可

3、以自动探测usb电源输出线是否发了对12v电源或地短路，并且可以在短路故障发生时自动切断电源供给的庇护电路。另外，假如探测到联接设备不在支持的usb设备之列，系统也可以借助本电路主动断开电源供给，并自动按照设备的衔接状态实现对电源供给的控制。详细电路1所示。图1 usb vbus短路庇护电路图中mn1和mn2是usb电源通道上的两个，用于控制5伏电源的输出，它们的g端都衔接到比较器的输出端上。比较器的正端电位值受 3.3伏和vbus共同影响，负端电位值由umid通过分压来打算，umid的值总是与vcc5v和vbus中的大者相同。本充分发挥的正向导通和反向截止的作用，并对mos管中快复原二极管加

4、以利用，利用一个比较器便可以构成一个窗口比较器。假如vbus上的落在窗口之外（例如12v供电电压或地电平），那么比较器输出低电平，关断供电线的mos管。这样既使12v电压无法进入系统内部，也防止了系统5v供电由于对地短路而发生过流，起到了庇护系统不受短路侵扰的作用。3、 功能论证假设比较器的两个输入端电位分离为u+和u-，输出电位为uo，二极管d1和d2的电压分离为ud1和ud2，可知：u- = （umidud1）r2/（r2+r3）； （1）正常工作的状况下，u- a、假如vbus电压大于5v， 由于二极管d2的反向截止作用，有：u+ =3.3v； （2）又由于mn1和mn2中快复原二极管的

5、作用：vbus=umid； （3）当u- > u+ 时，比较器输出电平发生反转，即：（umidud1）r2/（r2+r3）> 3.3 （4）即：umid > 3.3（r2+r3）/ r2 + ud1 （5）设此时vbus的值为vbush，结合式（3）可得：vbush= 3.3（r2+r3）/ r2 + ud1 （6）即当vbus大于3.3（r2+r3）/ r2 + ud1时，比较器便会将mos管关断。b、假如vbus电压小于3.3v，此时有：u+ = vbus+ud2 （7）umid = vcc5v （8）当u- > u+ 时，比较器输出电平发生反转，由式（1）、（4）

6、、（7）、（8），设此时vbus的值为vbusl，有：vbusl = （vcc5vud1）r2/（r2+r3） ud2； （9）即当vbus小于（vcc5vud1）r2/（r2+r3） ud2，比较器便会将mos管关断。假设比较的输出电压为uo，其电压传输特性2所示：图2 电压传输特性由上述研究可知，图1所示电路可以仅用一个比较器来构成阈值可调的窗口比较器，实现了对usb供电电路的有效庇护。当vbus上连入的电压大于 vbush或小于vbusl时，比较器的输出将变为低电平，关断mos管mn1和mn2，将系统电源vcc5v和vbus 隔离开来。电路中c1和c2的作用是维持比较器输入端电压瞬时不变

7、，另外，电路用法了三路幅值不同的电源，其中vcc12v用于比较器的供电，目的是在vbus发生对电源短路时，防止比较器的负端输入电压大于其供电电压，同时也是为了能够充分打开mos管mn1和mn2；vcc3.3v用作比较器正端参考电压，不建议将正端参考电压设置为高于3.3v，由于对于一些功耗较大的usb设备，其衔接的眨眼会将vbus拉低。这期间vbus的值将会位于3.3v与5v之间，假如此时正端的参考电压大于3.3v，比较器会有发生误动作的风险。为了平安起见，当系统探测到衔接的外部设备不能识别，或是属于不支持的设备时，系统要关断usb的电力供给。此时，cpu可以通过打开mn3将比较器的输出拉低，关断mn1和mn2。这种状况下，外设的电源电路将会作为一个负载与r4和d2串联组成一个回路。因为外设电源电路的输入电阻很低，比较器同相端的将处于较低电位的状态，从而产生正反馈效应，促使比较器也输出低电位。因为比较器和mn3均是开集/漏结构，具有线与功能，所以此时系统cpu可以关断mn3，通过比较器继续维持uo的低电平状态。惟独外部设备断开后，比较器的正端