随着智能手机的普及和快充技术的发展,USB Power Delivery (PD)快充和USB Type-C接口已成为现代移动设备的标配。然而,这些先进技术在带来便利的同时,也为设备的静电防护带来了新的挑战。今天,让我们深入探讨USB PD快充和Type-C接口的静电防护问题,以及如何通过精心设计来确保手机的安全充电。
USB PD快充技术
USB PD是一种先进的快速充电协议,能够在USB连接上提供高达100W的功率。它通过动态协商电压和电流,实现了更快、更高效的充电。
在日常使用USB PD快充充电器时,需要频繁地热插拔。如果其内部防护措施不到位的话,不仅会导致浪涌电流通过电源线进入内部电路损坏主控芯片,而且还容易引发输出瞬间大电流,影响充电稳定和安全,甚至导致受充设备损坏。不仅如此,USB PD快充充电器和快充移动电源产品在使用中,很容易与人体或其他带静电物体产生接触,而多数产品外壳的壳料与USB端口、呼吸灯、按键的连接处并不是无缝设计,外部静电很容易通过接缝进入主板中,导致产品损坏。
USB Type-C接口的 ESD 防护
大多数时候,我们都带着手机、智能手表、无线耳机等,这些设备都只能通过 USB 端口充电。使用电脑时,我们经常会使用USB 移动闪存驱动器(简称 U 盘)来传输文件。在车里给手机充电时,我们会使用标准的USB 端口。USB 在我们的日常生活中无处不在,参与我们的每一次数字体验的一部分。
Type-C接口凭借其可逆插拔和多功能性成为新一代USB标准,但其密集的引脚排列和双向性也增加了静电防护的难度。
USB PD快充与Type-C接口静电防护方案
01
USB PD 快充
想要生产出一款稳定安全的USB PD快充产品,其EOS防护/ESD静电保护措施必不可少。从物料成本、研发周期、生产流程等方面考虑,越来越多的厂商选择在USB PD快充接口内置浪涌和静电保护器件。那么,USB PD快充接口浪涌静电保护选用什么型号的TVS二极管呢?
从萨瑞微电子USB PD快充接口浪涌静电保护方案图一,电源供电口萨瑞微电子选用SES2431P4、SEU0501P1做防护,具体根据充电电压大小来选择。工作电压为5V、24V,具有低钳位、低漏电流的特点,适合大浪涌保护;DFN2020-3L、DFN1006-2L封装,减小USB PD接口安装空间;符合IEC 61000-4-2(静电)±30kV(空气)和±30kV(接触)标准。
在D+/D-数据接口和快充协议检测CC1/2接口静电防护中,萨瑞微电子推荐选用ESD二极管SEU0501P1,工作电压5V、峰值脉冲电流3A、DFN1006-2L封装;结电容低至0.5pF,保证高速数据信号的传输;符合IEC 61000-4-2(静电)±15kV(空气)和 ±10kV(接触)标准。
02
Type-C接口
保护 USB 接口不受静电放电 (ESD) 的影响十分重要。我们每天会数次在电子产品上插拔USB 数据线,在触碰或使用 USB 端口时,便可能遇到静电放电,这种情况十分常见。这些ESD 事件既可以由用户(人体)产生,也可以由数据线上存储的电荷产生。静电峰值电压可以达到数万伏,很容易损坏USB 收发器敏感的 CMOS 结构。因此,ESD防护对每个 USB 引脚都有着重要且必要的意义。
作为最新款连接器之一的USB Type-C,在物理尺寸以及与主机和外围设备的连接方式方面,都明显不同于以前的版本。USB Type-C采用可正反插设计,总共24 个引脚,上下各 12 个引脚,支持朝上或朝下插入。
SBU 和CC 引脚保护:由于USB Type-C 插头尺寸很小且引脚之间相隔很近,分立式单线瞬态电压抑制(TVS) 二极管非常适合保护端口免受 ESD 事件的影响。此外,分立式TVS 二极管对于电路设计师而言,可以更方便地布局和布线。参考图 引脚配置,我们可以看到 CC 引脚和SBU 引脚紧挨着 VBUS 引脚。VBUS引脚最高可达 24V,所以如果发生短路,CC引脚和 SBU 引脚则会暴露在24V 的电压下。在这种情况下,TVS 二极管的最低击穿电压不低于24V 才能保护 CC 和SBU 引脚。根据 IEC 61000-4-5的要求,萨瑞微电子的SES2431P4能够承受500V浪涌电压!IEC 61000-4-2的要求,在±24kV(空气放电)和±17kV(接触放电)之间的高 ESD,并且能够保持电路正常工作!
D+/D- 线路保护:D+/D-线路适用于 USB 2.0 接口,可以使用萨瑞微电子SEU0501P1、SEU0521P1S的进行保护。SEU0501P1属于 5V ESD,有着0.5pF 的最大结电容,采用的是DFN1006-2L超小型封装尺寸。
推荐使用萨瑞微ESD\TVS系列
以上是萨瑞微电子USB PD快充与Type-C接口静电防护方案,如有特殊需求,欢迎前来探讨。
结论
在追求更快充电速度和更高数据传输率的同时,我们不能忽视静电防护这一关键环节。通过精心的设计和选择合适的保护器件,我们可以在享受先进技术带来便利的同时,确保设备的可靠性和长期使用寿命。
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