保护笔记本电脑免受 USB 连接设备的影响

电器工程 USB 保护 USB设备 电路保护
2022-01-24 03:59:34

在过去的几个月里,我通过 USB 编程开发电子设备,成功摧毁了 2 台非常好的笔记本电脑。我一直想知道可以做些什么来防止这种情况发生。我有几个想法(不确定是否实用):

  1. USB 连接器/集线器,在电源和数据线上带有钳位 5V 齐纳二极管
  2. USB 连接器/集线器,数据线上带有光隔离器
  3. 提供带有外部电源的 USB 连接以及前面提到的想法

结合这些想法,也许 5v D+ 和 D- 线上的电阻器将电流限制为 200mA(对于我使用的大多数设备来说足够了)。

只是想知道一些比我更有经验的工程师对这些想法及其实际影响有何看法?

4个回答

真正的问题不是未受保护的 USB 端口,真正的问题是您的设备使您和您的设备面临连接到更高电压、相对高电流源的风险。

您可以使用钳位二极管解决瞬态过压问题,但如果您的电源足够强大,这些将无济于事——它们只会发生故障,然后您将处于与以前相同的情况,只有几毫秒,而且烧焦的半导体气味更远。

您的问题很糟糕,原因有很多,而您的笔记本电脑是其中最少的一个:

USB 意味着手动处理(这是多余的措辞),所以如果这个故障会杀死你的笔记本电脑,我没有最强烈的信心认为它本质上是为了人类交互而保存的。

有充分的理由,涉及用较低电压切换较高电压的电路的设计标准。

通常:您需要在操作过程中任何人(甚至服务技术人员)可能接触到的任何物体与危险电压之间进行电流隔离。

因此:严格区分你的 USB 控制器和它切换的东西。使用光耦合器驱动电感或高压负载是一种常见的做法,其次级侧由单独的电源驱动。

电路板布局必须使高压区域与 5V/MCU 环境分开。只有光耦合器、变压器铁芯和继电器可以越过该边界。没有妥协。

一个典型的问题是您设备的电源接地与 USB 接地的电位完全不同——尽管这对于笔记本电脑来说不应该是问题,它本身应该与其他任何东西电隔离,但在很多情况下您会遇到有问题(例如笔记本电脑接地端在以太网接地、音频接地、RS-232 接地......)。控制器和受控之间的严格分离(隔离)使其成为固有的非问题。

我主要使用基于 Arduino 和 PIC 的开发电子设备来控制洗衣机和自动售货机(这不是摧毁两台笔记本电脑的同一设备)。因为它主要只是高压的风险,所以使用齐纳二极管是一个简单的廉价解决方案,还是会弄乱数据方面的事情?

好的。既然您提到“使用齐纳二极管”来防止定义不明确的“高压”,我们现在有一个可靠的数据点:您不知道自己在做什么。

因此,您需要一个 USB 隔离器来保护您自己的笔记本电脑端口。顺便说一句,我为那台笔记本电脑感到难过。

我的意思是,笔记本电脑由于电源未接地而与地面隔离。所以,吹笔记本电脑的 USB 端口就像......很难......你究竟是如何做到这一点的?您是否将电源电压发送到 USB 端口或其他什么?

由于您使用 Arduino 作为基础,因此解决方案很简单......使用一次性处理器进行编程和调试。Arduino 开发环境非常适合 Raspberry Pi,您可以从嵌入式环境中为其供电,并通过剩余的笔记本电脑或台式机进行无线通信。

这不会阻止您炸树莓派,但可以将电路故障的成本降低到 35 美元左右。

好的,经过大量的澄清和各种展示的案例,让我提供一个解决方案,解决如何保护笔记本电脑在现场服务环境中不被油炸的问题:

  1. 始终首先将您的测试/诊断设备连接到服务对象,然后打开电源。

  2. 在将设备连接到笔记本电脑之前,使用低阻抗(标准 10-20k)数字万用表检查 USB 屏蔽层之间、DUT 端口和笔记本电脑端口之间的任何可疑电压,无论是直流模式还是交流模式。

  3. 如果发现显着电压 (5 - 10 - 50 V),请在其中一端使用真正的隔离变压器。