USB Host 应用中，如何处理过电流保护以及 Vbus 电压控制?

发表于 2024-5-30 11:00

在USB Host应用中，新唐MCU芯片不会主动提供5V电压到Vbus。系统电路必须要有额外的5V电压电路设计，提供给需要连接的USB device。

以NuTiny-SDK-M451开发板为例，5V电压透过Nu-Link-Me ICE 除错器端的USB提供，当M451切换USB界面为Host时，利用OTG的USB_VBUS_EN脚位，使能NCT3520U (新唐高侧电流限制开关)输出5V电压到Vbus上。当M451的USB接口切换成Device时，OTG会将NCT3520U禁止掉。

此外，NCT3520U也提供过电流侦测，一旦OTG的USB_VBUS_ST管脚接收到过电流信号时，不用通过软件设定USB_VBUS_EN管脚，OTG硬件也将主动设置USB_VBUS_EN管脚，禁止掉5V输出电压。从而保护整个系统。

在USB Host应用中，如果客户没有过设计过电流保护及Vbus电压控制的经验，而是直接提供5V电压到Vbus。那么将需要修改程序，将USB_VBUS_EN及USB_VBUS_ST管脚转换成一般的IO.

请参考NuTiny-EVB-M451开发板的设计电路：
http://www.nuvoton.com/opencms/resource-download.jsp?tp_GUID=HL0120141225192023

发表于 2024-6-1 17:20

这个确实是需要考虑的问题

发表于 2024-6-4 13:42

在Vbus线上串联一个可恢复保险丝（Polyfuse或PTC），当电流超过预设阈值时，保险丝会发热并增加电阻，从而限制电流，保护电路。故障排除后，保险丝会冷却并自动恢复到低阻状态，允许电流再次流通。

发表于 2024-6-4 15:07

实现故障检测机制，以检测和处理VBUS相关的故障，如短路、过压或欠压。这可能涉及中断和故障恢复逻辑。

发表于 2024-6-5 13:59

一旦OTG的USB_VBUS_ST管脚接收到过电流信号，OTG硬件将主动设置USB_VBUS_EN管脚，禁止掉5V输出电压，从而保护整个系统。

发表于 2024-6-7 14:37

在设计阶段就考虑到过电流保护及Vbus电压控制的需求，选择合适的保护元件和电路设计方案。

发表于 2024-6-7 21:23

在Vbus线上或电源输出端放置一个低阻值的电流检测电阻，并通过ADC监控电阻两端的电压降，以此来计算电流值。当检测到电流超过设定值时，通过控制电路断开Vbus连接。

发表于 2024-6-8 14:48

在设计USB硬件时，可以通过限流电阻来限制电流。这样，即使在软件或硬件保护机制失败的情况下，也能防止过电流。

发表于 2024-6-9 09:58

如果USB主机控制器没有内置过电流保护，可以使用外部过电流保护器件，如PTC（正温度系数）热敏电阻或保险丝，来限制电流。

发表于 2024-6-9 20:44

如果客户没有设计过电流保护及Vbus电压控制的经验，需要修改程序，将USB_VBUS_EN及USB_VBUS_ST管脚转换成一般的IO，以便通过软件监控并响应过电流事件。

发表于 2024-6-10 15:56

在出现电压跌坑时，通过添加电容（如120uF）来保证电压的稳定，或者使用RC滤波电路来滤除电压跌落，确保USB设备识别正常。

发表于 2024-6-10 19:51

实现硬件级别的过电流检测和保护机制，例如使用电流感应电阻器来监控电流，并且在电流超过一定阈值时触发保护机制。

发表于 2024-6-11 14:02

在新唐MCU芯片的USB Host应用中，可以通过使能NCT3520U等高侧电流限制开关来输出5V电压到Vbus上，同时提供过电流侦测。

发表于 2024-6-11 17:15

USB规范定义了设备对主机请求的最大电流值。主机通过检测USB差分信号的电压变化来监控电流。如果检测到超过规定的电流值，主机可以通过停止向设备提供电流来实施过电流保护。

发表于 2024-6-11 21:32

利用OTG的USB_VBUS_EN脚位，使能或禁止NCT3520U输出5V电压到Vbus上，根据USB接口的工作模式（Host或Device）进行控制。

发表于 2024-6-12 10:48

选择合适的自恢复保险丝，例如1206自恢复保险，具有适当的电流和电压额定值，以适应你的USB Host应用。

发表于 2024-6-12 14:01

使用专用的电压稳压器或LDO（低压差线性稳压器）来确保Vbus电压稳定在5V（或根据USB规范要求的电压）。稳压器应具备过压保护（OVP）功能，防止电压过高损害设备。

发表于 2024-6-12 17:49

在软件层面，可以实现额外的过电流保护逻辑。例如，可以定期检查电流消耗，并在检测到异常时采取措施，如减少向设备的电流输出或完全切断电流。

发表于 2024-6-12 20:55

有些专用的USB电源管理芯片可以提供过电流保护和Vbus电压控制功能，同时还可以提供其他功能，如充电控制和电源路径管理。

发表于 2024-6-13 21:51

当插入过多的USB设备时，可能会导致电流过载。因此，限制同时连接的USB设备数量是一个有效的预防措施。

[技术问答] USB Host 应用中，如何处理过电流保护以及 Vbus 电压控制?

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