通過USB連接器保護電源和充電器件安全

在圖3的案例2中，輸出電容已被移除。這樣，當OVP器件輸入端出現(xiàn)快速輸入瞬態(tài)現(xiàn)象時，旁路元件將保持開路。這時可以在輸出端觀察到過沖，這個過沖可能會損壞連接至OVP輸出端的電子元器件。為了解決這個問題，必須在輸出引腳上連接一個輸出電容，并盡量靠近OVP器件擺放。

由于源極和漏極之間存在PMOS寄生電容，在輸入脈沖期間正電壓電平將被傳遞，從而在PMOS驅(qū)動器喚醒期間維持一個比門電位更低的電壓(電容填充)。1個1μF的陶瓷電容足以解決這個問題。見圖3中的案例1。

另一個要點是過壓閥值的定義。過壓鎖定(OVLO)和欠壓鎖定(UVLO)閥值由發(fā)生欠壓或過壓事件時切斷旁路元件的內(nèi)部電容所確定。OVLO電平必須高于Vbus最大工作輸出電壓(5.25V)加上比較器的滯后電壓。同樣，UVLO參數(shù)的最大值必須低于系統(tǒng)中第一個元件的最大額定電壓。通常OVLO的中心位于5.675V，能夠有效保護下游系統(tǒng)，使其承受6V的電壓，而Vusb紋波電壓可達5.25V。此前的文章(參考資料1)中提供了更詳細的資料，也提供了與墻適配器電源兼容的OVLO和UVLO參數(shù)值。

在設計OVP部分時，鑒于驅(qū)動關鍵電流的內(nèi)部MOSFET的原因，不應忽視散熱問題。大家已經(jīng)明白為什么建議這類保護使用PMOS(低電流消耗)，而且由于PFet比NFet擁有更高的導通阻抗(Rdson)，必須優(yōu)化熱傳遞，以避免熱能損壞。根據(jù)應用所需的功率，建議采用具有裸露焊盤的封裝(如NCP360 μDFN)。器件數(shù)據(jù)手冊中提供了RθJA圖表，也可以聯(lián)系安森美半導體銷售代表了解進一步信息。

幾種不同的保護等級

正如“電氣特性和防護措施”小節(jié)所述那樣，浪涌電流是造成器件電氣損壞的根源之一，需要采用OVP器件來克服這一問題。為了避免任何類型的浪涌行為，OVP器件中通常都包含了軟啟動順序。這個特殊順序貫穿于PFet門的逐漸上升過程中，見圖4。

圖 4：克服浪涌的OVP器件的軟啟動過程。

即便出現(xiàn)Vusb或墻適配器快速輸出上升(熱插)，在器件的Vout端也觀察不到電壓尖峰，這得益于4ms的軟啟動控制。這種保護的最關鍵特性是能以最快速度檢測到任何過壓情況，然后將內(nèi)部FET開路。

OVP器件的關閉時間從突破OVLO閥值開始算到Vout引腳下降為止。NCP360盡管消耗電流極低，但具有極快的關閉時間。

典型值700ns/最大值1.5μs的關閉時間使得該器件成為當今市場上一流的器件，如圖5所示。

圖5：NCP360具有極快的關閉時間。

為了提供更高的保護等級，這些器件中可以加入過流保護(OCP)特性。通過提供這種額外的功能模塊，充電電流或設備的負載電流不會超過內(nèi)部編程好的限定值。為了符合USB規(guī)范，而瞬態(tài)電流又可能高達550mA，因此電流極限必須高于這個值。這個功能集成在更先進的型號NCP361之中。這兩款產(chǎn)品都提供熱保護功能。

解決方案

考慮到USB廣泛應用于兩個器件之間的通信，而且從現(xiàn)在起，還要為鋰離子電池充電，平臺制造商都會在設計中集成USB連接器。安森美半導體公司提供的NCP360和NCP361能夠同時提高電子IC和最終用戶的安全性。這些完全集成的解決方案符合USB1.0和2.0版規(guī)范，電流消耗非常低，而且具有實際市場上最快的關閉時間性能。

為了覆蓋滿足中國新充電標準的大多數(shù)應用要求，安森美半導體公司提供了多種不同的OVLO型號。其OVP或OVP+OCP版本可以提供μDFN和TSOP5兩種不同封裝，后者在解決方案成本和熱性能方面具有折衷性能。