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EOS小浪涌防护系列(二) : 移动终端的EOS (小浪涌) 该怎么防护?|槟城电子

发布时间: 作者: 查看人数:1375


上一节,我们讲解了EOS的成因及危害,本节我们继续讲解移动终端的EOS防护方案。充电IC的规格书都给出了耐压范围,通常我们为了防止IC被EOS打坏,会在充电端口增加一颗TVS。这里给刚入行的伙伴们介绍一下TVS的工作原理。以一颗单向TVS为例,通常只有一个PN结,TVS工作在反向电压截止状态(正向电压大于0.6V左右就直接导通短路了),简单来讲当EOS脉冲电压超过TVS的VBR以后,EOS脉冲电压被钳位在一定的电压范围;复杂一点讲,半导体中的电子在获得外加电场的作用下,撞击周围原子激发出新的自由电子,使得更多的电子在外加电场作用下获得能量,形成雪崩倍增效应,快速泄放能量,这里不展开讲,有兴趣的伙伴可以来电探讨。

      见下图一,假设脉冲峰值100V以上,用一颗槟城的型号为BV-D124ZD的TVS能将电压钳到30V以下,用一颗槟城的型号为BV-FE05ZA的TVS能将电压钳到10V以下。将很高的脉冲电压钳位到较低的水平自然就达到了保护后端IC的目的。


如果你的充电端口是5V供电我们建议你选择工作电压(VDRM)7V的BV-FE07ZA,如果你的端口是9V-20V我们建议你选择工作电压24V的BV-D124ZD。我们知道不是所有的充电器(或电源)都稳定,假如5V充电口也选择工作电压为5V的TVS,当插入不稳定的充电器后可能会使TVS长时间在直流下导通,因而烧坏。
      我们在服务客户的过程中,常常有这样的提问:在充电端口TVS到底该选单向还是双向?
      我们试着把这个问题解答清楚。首先,要理解什么是正向EOS、负向EOS,如上图一,正向EOS是EOS电流从电路正极流向负极,但TVS遭受反向(N到P)的EOS冲击,负向EOS是EOS电流从电路的负极流向正极,但TVS遭受正向(P到N)的EOS冲击。

      我们再来看槟城一颗单向型号为BV-FE05ZA的TVS在遭受EOS冲击下的波形:


▲图二:正向EOS

图三:负向EOS

图三:负向EOS

可以看出,BV-FE05ZA遭受正向EOS冲击,电流达146A的情况下钳位电压8.9V,负向EOS冲击钳位电压仅-2.48V,因为负向EOS,TVS工作在类似二极管的正向导通状态所以电压当然很低。

     上面两颗BV-FE05ZA的P极串联在一起就组成了一颗双向的TVS,如下图四,TVS无论遭受正向还是负向的EOS冲击,电流总会流经一个N到P的反向结,因而钳位电压的绝对值也是在8.9V左右。


图四:BV-FE05ZAP极串联


在充电IC手册中,相信大多数伙伴都有留意到,有几项极限参数,其中有一项,VIN最小电压值,一般只有-0.3V左右,如下表。

可以发现:
     1、当充电端口的负向直流电压绝对值超过0.3V,充电IC容易烧坏。
     2、当充电端口的负向EOS绝对值超过0.3V,并持续足够长的时间,充电IC容易烧坏。
     通过上面的讨论,至少明确了,在充电端口TVS应该选单向(防反接的除外),因为钳位电压绝对值更低。
     看到这里,相信还有不少看官会打破砂锅问到底:即便选择BV-FE05ZA,假设遭受负向EOS,残压绝对值也有2.48V明显大于0.3V,怎么可能有效的防护呢?
     我们赞赏这种打破砂锅问到底的精神;首先规格书里的0.3V是指直流电压(时间连续),另外这个问题牵涉到IC的损坏机理,我们知道IC内部也是由PN结构成,PN结有内阻R,当PN结两端有持续的电压U,根据电功公式  我们知道PN结有电流,会发热,但只要不超过规格书标明出的-0.3到30V的工作电压范围,一定不会坏,对吧。再返回去看图二图三的电压波形,假设充电IC端遭受负向的这两个波形(把图二翻转180度),显然图三的电压曲线形成的面积更小,做工更小,发热更少,IC能得到更好的保护。图二面积很大,如果IC负向遭受这样的波形当然非常容易发热烧毁。
      看官一定还会问:那么经过钳位后残余的2.48V形成的面积是不是确定不会将IC损坏呢,,或者说负向残压绝对值应该低于多少V才能保护IC,能给个准确残压值吗?
      不能,我们知道市面上的充电IC品牌众多,技术差异大,晶圆生产工艺差异大,每家的EOS冲击耐受都不一样,所以我们只能通过介入你的产品设计根据我们的经验和实验模拟一步给你指导,将更有把握的设计方法分享给你,其次任何设计好的产品都需要测试验证。
      有的看官可能还有要问:我也用单向的TVS还是过不了呢?
      如果你的设计到了这一步,首先恭喜!你已经掌握了EOS防护的正确方向,但是TVS的特性了解不够导致你的产品测试FAIL,在这里篇幅有限不宜展开,如果你有需求请联系我们,这是我们后续将要继续探讨的问题。槟城电子专注过压防护24年,我们收录了非常多的实战案例乐意与您一起分享、交流。关注槟城电子公众号,一起探讨过压防护。