第十一篇:Type C 防高压IC vs. TVS。为什么要加防高压IC?
USB Type-C连接器共有24个Pin脚,可正反插,支持数据、影音与电源传输,同时支持高功率(USB PD)的充电模式,然而,USB Type-C每个pin脚间距极为靠近,相邻引脚距离只有0.5mm(如图一),pin脚距离比起USB Type-A间距12.5mm来得靠近。连接器引脚位移、遇到水气、或是设计不良的线材与插拔磨损产生的金属碎屑等都可能引发CC1/CC2、SBU1/SBU2以及Vbus引脚短路。
PD3.0协议,允许Vbus通过高达20V的电压,令人担忧的是,一般CC与SBU仅能乘载最高5V-7V的电压,因此CC和SBU 引脚需具有USB PD 规范最大VBUS 20V 电压的耐受程度才能避免短路毁损问题,透过对CC和SBU引脚上的过压保护可以使CC与SBU耐压值与VBUS相同,且不会干扰正常运作。然而除了需要过电压保护外,连接器的另外一个风险则是ESD(Electrostatic Discharge)静电放电、设备故障的伤害。典型过电压的波型如下图二,当CC 引脚突然接触到直流(DC) 20V时,因为缆在线寄生电感的缘故,引脚上电压会在8nS以内快速到达20V并继续震荡至更高压(比如30V),之后再回落至20V并持续着。此时,若沿用旧有TVS方案,则将会持续造成大电流并烧毁TVS。
香港德润微电子的DR1618在遇到过电压时,会在极短的时间内将往系统端的信道关闭,即使在未关断的期间也会箝制系统端维持在低电压状态。在保护低压侧电路的同时,高压侧可以抵挡上述的震荡高压并且不会产生如TVS会有的大电流现象。
Type-C的应用产品囊括笔记本电脑、适配器、手机等电子产品,在我们日常生活中无所不在,然而每一次的插拔或触碰时,难免会受到人的直接接触而产生ESD静电放电的损害,造成电路异常,而这种冲击电压可达数千伏特,高电压高电流的瞬间流入到电子主板与设备,在这样高能量的情况下,就可能导致组件失效。
香港德润微电子的DR1618,针对不同形式的放电有不同耐受程度,包含Human-Body Mode(HBM)人体放电模式,避免芯片受到人体静电放电所遭受的伤害;Machine Model(MM)机器放电模式以及Charged-Device Model(CDM)组件充电模式。为确保电子产品的功能,DR1618符合国际规范IES 61000-4-2 ESD测试,从产品系统防制静电以及专业设计技术等方面着手,达到静电防护的功能。
2021年,PD3.1规格发布, USB-C所能支持的上限输出功率从规定的100W,提升到了240W(48V/ 5A),香港德润微电子对此发展了DR1628,提供CC1/CC2和SBU1/SBU2引脚拥有耐受28V的过压保护。
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