随着通用串行总线（USB）技术成为连接各类设备的标准化接口，其广泛应用尤其在提供人机交互功能的外设中日益显著。由于这些外设种类繁多，既有自供电设备也有依赖总线供电的设备，因此对目标设备以及整个总线系统的安全防护提出了极高的要求。
具体而言，无论是遵循UL60950安全标准还是USB技术规范，都必须确保USB供电设备具备过流保护机制。同时，良好的静电放电（ESD）防护同样至关重要，这是为了有效抵御因设备插入或用户直接接触USB连接器裸露触点所引发的瞬时电压冲击，从而保护设备和主机系统免受损害。
USB外设的设计工作为工程师们带来了诸多考量。随着最新版USB规范支持的数据传输速率大幅提升，这对系统设计的多个维度，特别是信号完整性方面，构成了严峻挑战。另一方面，允许在实时系统中随时插拔设备的功能——这一特性为用户便捷地添加或移除人机界面及其他外部设备提供了极大便利——也意味着必须确保连接器后方精密电子元件不会因突发性操作而受损。当引脚与主机系统接触或分离时会产生电涌，设计人员还需关注用户触摸USB连接器或电缆引脚时可能引发的静电放电（ESD）影响。
为了满足高数据传输速率和整体高性能的需求，集成电路（IC）供应商已转向采用更精密的半导体制造工艺。工艺几何尺寸的持续缩小导致ESD防护能力有所下降，因此要求设计人员在连接器附近采取额外的保护措施。
USB规范为设计人员在构建主机和设备时提供了多样化的选择。从电源配置角度来看，USB端口可以设计为自供电模式或总线供电模式。许多用户界面设备（例如键盘）可能配备低速USB端口，以便用户更方便地将鼠标等定点设备连接到上级系统。
专为USB 3.0标准设计的设备不能作为总线供电的集线器使用——如果它们提供集线器功能，则必须采用自供电模式。USB 3.0标准之所以提升了可分配给外围设备的能量，是因为认识到最新标准所支持的高性能通常伴随着功耗的增加。
自供电的USB集线器必须确保其每个端口的USB电源轨（Vbus）能够提供高达500 mA的电流。总线供电的集线器则可以从上游自供电节点获取最大500 mA的电流，集线器本身通常需要消耗100 mA来执行管理功能，每个下游端口最多可提供100 mA，且每个集线器最多支持四个端口。
除了USB规范本身的要求外，UL60950等标准也规定，为下游端口供电的电源转换电路必须具备过流保护功能。在热插拔或断开连接的过程中，通常会有大量电流从USB集线器流向USB设备。这种瞬时电流会产生显著的电流和电压瞬变，其电压峰值可能远超典型USB连接设备的工作规范允许的范围。
当发生短路情况时，过流保护机制能够限制USB设备在连接瞬间从集线器或主机获取的电流。这种保护措施应与限制USB外设正常工作电流需求的电路分开设计，并且需要能够防止频繁跳闸以及电压骤降。
其中一种常见的保护方法是使用聚合物正温度系数（PTC）装置。PTC器件通常由分隔于两个或多个电极之间的导电聚合物层构成。当流经该器件的电流超过额定阈值时，聚合物层会开始发热并从固态转变为液态，同时发生膨胀。
这种膨胀会导致聚合物内部的导电层开始断裂，使得器件的电阻状态从低电阻迅速切换到高电阻。其直接后果是流过器件的电流急剧减少。一旦故障被排除，电流恢复正常，聚合物冷却并收缩，当导电链重新接触时，聚合物会恢复到低电阻状态。
PTC器件本身提供了有效的保护，但其布局设计对于发挥最佳效果至关重要。为了确保PTC在故障时能够可靠跳闸，任何承载电流的PCB走线应设计成其承载能力是PTC本身的两倍，这样可以防止电路走线本身成为潜在的薄弱环节。
通常情况下，在提供电源的母板、集线器或OTG（On Go）设备上，PTC器件会被放置在电源与旁路电容器之间，而不是电容器与端口连接器之间。
以瞬态现象为例，兼容的USB设备在首次进行热插拔操作时可能会消耗远超工作功耗的显著瞬时电流。过流保护机制无法限制这种浪涌，并且无法承受大约100 µs的瞬态电流冲击。
市场上存在多种适用于USB应用的过流保护PTC器件。例如，0603封装的ESD5B005TA型号非常适合用于USB保护任务。如果在其端子两端产生高压，则压敏电阻的电阻值会迅速下降。
这一特性使得电荷能够从电源线或信号线迅速转移到地线，从而将电压钳位在较低水平，保护下游电路免受损害。MLA系列压敏电阻由半导体陶瓷材料制成，能够在很宽的温度范围内稳定工作，并在小型封装中提供优异的过压保护能力——其尺寸通常远小于塑料封装的组件，类似于陶瓷电容器。
ESD5B005TA采用紧凑的0603封装，适用于抑制Vbus和USB接地线上的瞬态电压，并支持5.5 V DC的连续直流额定电压，与5 V USB电源标准相匹配。V5.5MLA0603器件的典型电容为660 pF，但由于要保护的线路是直流电，因此增加电容是有益的。
ESD放电瞬变是一种极其快速的事件，其峰值电压和电流可能分别达到25 kV和100A，时间尺度可短至亚纳秒级别。如此剧烈的瞬变可能会破坏CMOS晶体管精细的栅极氧化物，并引发其他集成电路级别的损坏。
ESD抑制器能够快速响应，将放电能量有效转移至地线。剩余的能量要么在抑制器内部耗散，要么会反射回ESD事件的源头。与标准过压保护类似，TVS二极管阵列也是一种常见的能量转移方式。
通常，ESD浪涌抑制器的返回路径应设计为系统的机箱或屏蔽接地，而不是信号接地，以防止放电能量耦合到数据线并可能干扰信号传输或渗透到内部电路。这一设计选择意味着瞬变过程中的能量会反射回ESD事件的初始发生点。