手機USB充電面臨的綠色挑戰(zhàn)
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最危險的是經(jīng)常發(fā)生的閃電浪涌。因為閃電在輸電線上引起的浪涌電壓不只是在很少發(fā)生的房屋直接遭受雷擊時才會感應(yīng)到。事實上，每次閃電擊中電源線或僅僅擊中電源線附近的大地時，都會在(掩埋的)地線上產(chǎn)生增壓。這個波(電壓和電流)會通過電源線快速傳播，并穿過中心電站中的各個保護設(shè)備，甚至家庭的分電箱。然后，一個殘留的浪涌電壓會直接傳送到插著手機的電源插座上。
這個殘留浪涌電壓被表征為與雷擊波形相關(guān)的尖峰di/dt。大量實驗和測量已經(jīng)將這樣的浪涌電流模型化為下面的波形，在IEC61000-4-5中被定義為8/20μs脈沖。
在電流峰值的10%和90%之間的電流上升時間被規(guī)定為8μs，電流在20μs以后必須減小到峰值的一半。
對設(shè)計使用低電壓和低電流工作的電子設(shè)備來說這種過電流確實非常危險。一個好的保護裝置必須能夠通過地(GND)吸收掉這個過電流，并保持一個低的箝位電壓，從而保護充電電路不受損壞。
這種浪涌電壓比ESD浪涌更加強大，對設(shè)計師來說是一個更艱巨的挑戰(zhàn)。
在法國(55萬平方公里)，每年有100萬次雷擊擊中大地!因此這種現(xiàn)象并不是意外。即使雷電擊中房屋的概率很小，但一年內(nèi)擊中房屋周圍幾公里內(nèi)的一棵樹或地面的概率接近100%。
家用電器不太容易遭受這些浪涌的侵害，但電子設(shè)備卻很容易。計算機、電視機等家電在設(shè)計時就考慮到了要插入輸電線，因此都有完善的保護。其他便攜式設(shè)備則采用帶有合適保護裝置的專用充電器，或通過可拆裝電池供電。但是，如果一個通用充電器出于成本原因不能有效防止這種浪涌電壓，那么手機就很容易在充電時受損。
由于工業(yè)事件或中高壓電源線上的開關(guān)動作而引起的浪涌電壓，也可以模型化為8/20μs波形，但峰值電流會低一些。它們發(fā)生的概率也是很高的。
第二個挑戰(zhàn)是保護器件上的功耗。能夠保護設(shè)備免受8/20μs之類浪涌電壓傷害的TVS二極管到處都有，但它們的漏電流可能高達20μA。通過一個很簡單的計算可以發(fā)現(xiàn)，對于一個擁有1,000mAh的電池和400小時待機時間的手機來說，在偏置線上增加這樣一個器件將使待機時間縮短大約1%!
解決方案建議
設(shè)計師要在保護器件微型化、浪涌電壓下的效率，以及功耗之間做出艱難的權(quán)衡。
圖2是手機的一個典型拓撲例子，它在上述三個參數(shù)之間提供了可接受的折衷方案：
F2：USB的VBUS線采用的保護拓撲例子
如果出于任何理由，將TVS二極管連接到VBAT或另外一條永久偏置線，那么TVS二極管的漏電流必須非常低。這種解決方案的漏電流為0.5μA時可以滿足便攜式設(shè)備的要求。
最后，解決方案的占位面積必須非常小，以便在已經(jīng)集成了許多功能和許多芯片的PCB上得以實現(xiàn)。ESDA8V2-1MX2采用1.0mmx1.45mm的微型QFN封裝，最大厚度只有0.6mm。(end)
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