Настоящая проблема не в незащищенном USB-порте, а в том, что ваше устройство подвергает вас и ваши устройства риску подключения к источникам высокого напряжения, относительно высокого тока.
Вы можете решить проблему переходного перенапряжения с помощью зажимных диодов, но это не поможет, если у вас достаточно сильный источник питания - он просто выйдет из строя, и тогда вы окажетесь в той же ситуации, что и раньше, всего за миллисекунды и запах сгоревших полупроводников.
Ваша проблема плохая, по многим причинам, и ваши ноутбуки являются наименее из этого:
USB-порт должен обрабатываться вручную (это избыточная формулировка), поэтому, если эта ошибка убьет ваш ноутбук, у меня нет полной уверенности в том, что он по своей природе сохранен для взаимодействия с человеком.
По понятной причине существуют критерии проектирования для схем, которые включают переключение более высоких напряжений с более низкими напряжениями.
Как правило: вам нужна гальваническая развязка между тем, что любой человек (даже техник по обслуживанию) может коснуться во время работы, и опасным напряжением.
Следовательно: строго разделите ваш USB-контроллер и все, что он переключает. Обычной практикой является управление индуктивными или высоковольтными нагрузками с помощью оптопар, вторичная сторона которых приводится в действие отдельным источником питания.
Компоновка платы должна отделять области высокого напряжения от среды 5 В / MCU. Только оптопары, сердечники трансформатора и реле могут пересекать эту границу. Никаких компромиссов.
Типичная проблема заключается в том, что заземление источника питания вашего устройства имеет совершенно иной потенциал, чем заземление USB - хотя это не должно быть проблемой для ноутбука, который сам должен быть гальванически отделен от всего остального, во многих случаях вы сталкиваетесь с проблема с этим (например, заземление ноутбука оказывается на заземлении Ethernet, аудио заземлении, заземлении RS-232 ...). Строгое разделение (изоляция) между контроллером и контролируемым делает это неотъемлемой проблемой.