数显HUB_OVP-OCP

补充外壳

基于 ESP32-S3 + CH334 + TPS2121 的数显 USB Hub

一个可编程、可监控、可扩展的 USB Hub DIY 项目

本项目是一款基于 ESP32-S3 主控、CH334 高速 USB Hub 芯片、TPS2121 电源自动切换芯片 的 智能数显 USB Hub。
不仅支持 4 口 USB2.0 分配，还可以实时显示电压电流、Hub 状态，并支持二次开发。

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项目功能概述

✅ 多口 USB2.0 Hub（基于 CH334）

• 4 口 USB 2.0 扩展
• 支持 D+ / D– 差分线高速数据传输
• 内置 上游端口电流检测（INA226）
• 每个下行端口带独立 过流保护 TPS2552

✅ ESP32-S3 实时显示 & 控制

• OLED / TFT 屏显示 电压、电流、负载状态、错误提示
• USB PD 电压输入监控
• 通过 ESP32-S3 可扩展 WiFi 上报（MQTT / WebDashboard）

✅ 智能电源切换（TPS2121）

• 支持双 USB Type-C 输入
• 自动选择电压更高的供电（优先级：外部 PD > 本地 5V）
• 无中断切换，不掉电

✅ 高可靠电气设计

• 上游端口配合 USBLC6-2SC6 防护 ESD
• 各类 LDO/开关电源采用 TI 芯片确保稳定
• 差分线布局规范、阻抗匹配
• 关键电阻为 ±0.1%、±25ppm 低漂移器件

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🔧 主要硬件模块说明

1. ESP32-S3 主控

负责显示、电压电流采集、USB Hub 管理等任务。

关键接口：

• I²C → INA226 电流检测、Hub 状态监控
• SPI → 显示屏（HS229010B）
• GPIO → 按键、LED、Power Enable
• USB D+ / D– → 原生下载调试

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2. CH334 — USB2.0 HUB 控制器

• 来自沁恒（WCH）的 USB2.0 HUB 芯片
• 支持 4 个下行端口
• 自带差分对交换控制
• 外部 12MHz 晶振（X1）
• 上下行端口带完整 ESD 防护

电源部分使用：

• 3.3V LDO
• VD33 旁路电容
• 差分对走线等长等阻抗

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3. TPS2121 — 双路电源自动切换

可以看作“智能电源 OR-ing 芯片”，根据输入自动切换：

• VIN1：USB-C PD 输入
• VIN2：备用 5V 输入
• 输出：VBUS
• 支持无缝切换，不干扰供电
• 支持过压保护、反向保护

该芯片能保证 Hub 在各种供电环境下稳定运行。

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4. INA226 电压电流检测

上行端口（连接电脑/主机）会经过 INA226 实现：

• 实时电压监测
• 实时电流/功率监测
• STM32/ESP32 侧查询即可获取数据
• 分流电阻 0.025Ω，ΔU < 10µV（高精度）

ESP32 用它来显示当前负载状态、电流图表等。

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5. 下行端口过流保护（TPS2552）

每个 USB 下行口配有：

• 过流保护
• 过温保护
• 1.5A 限流
• 故障 FLAG 输出
• 自动恢复

可以移动设备同时插拔时不影响主系统。

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电源架构示意

DCDC 模块采用 TPS54202：

• 24V → 3.3V
• 高效率
• 低纹波
• 反馈比设定为 3.27V（100k / 22k）

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显示内容示例

TFT 可显示：

• 当前 VBUS 电压
• INA226 采样电流
• USB Hub 状态（连接设备数量）
• 每口负载情况（FAULT / NORMAL）
• 温度、电源切换状态

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🛠️ 项目亮点总结

功能	说明
USB Hub	基于 CH334 的稳定高速 USB2.0
电源切换	TPS2121 自动无缝切换输入
电流检测	INA226 精准采样，可用于数显
下行限流	TPS2552 每口过流保护
主控扩展	ESP32-S3 可 OTA、联网、加 UI
保护完善	USBLC6 ESD、低阻采样电阻