第十一篇:Type C 防高壓IC vs. TVS。為什麼要加防高壓IC?
USB Type-C連接器共有24個Pin腳,可正反插,支援數據、影音與電源傳輸,同時支持高功率(USB PD)的充電模式,然而,USB Type-C每個pin腳間距極為靠近,相鄰引腳距離只有0.5mm(如圖一),pin腳距離比起USB Type-A間距12.5mm來得靠近。連接器引腳位移、遇到水氣、或是設計不良的線材與插拔磨損產生的金屬碎屑等都可能引發CC1/CC2、SBU1/SBU2以及Vbus引腳短路。
PD3.0協議,允許Vbus通過高達20V的電壓,令人擔憂的是,一般CC與SBU僅能乘載最高5V-7V的電壓,因此CC和SBU 引腳需具有USB PD 規範最大VBUS 20V 電壓的耐受程度才能避免短路毀損問題,透過對CC和SBU引腳上的過壓保護可以使CC與SBU耐壓值與VBUS相同,且不會干擾正常運作。然而除了需要過電壓保護外,連接器的另外一個風險則是ESD(Electrostatic Discharge)靜電放電、設備故障的傷害。典型過電壓的波型如下圖二,當CC 引腳突然接觸到直流(DC) 20V時,因為纜線上寄生電感的緣故,引腳上電壓會在8nS以內快速到達20V並繼續震盪至更高壓(比如30V),之後再回落至20V並持續著。此時,若沿用舊有TVS方案,則將會持續造成大電流並燒毀TVS。
香港德潤微電子的DR1618在遇到過電壓時,會在極短的時間內將往系統端的通道關閉,即使在未關斷的期間也會箝制系統端維持在低電壓狀態。在保護低壓側電路的同時,高壓側可以抵擋上述的震盪高壓並且不會產生如TVS會有的大電流現象。
Type-C的應用產品囊括筆記型電腦、適配器、手機等電子產品,在我們日常生活中無所不在,然而每一次的插拔或觸碰時,難免會受到人的直接接觸而產生ESD靜電放電的損害,造成電路異常,而這種衝擊電壓可達數千伏特,高電壓高電流的瞬間流入到電子主板與設備,在這樣高能量的情況下,就可能導致元件失效。
香港德潤微電子的DR1618,針對不同形式的放電有不同耐受程度,包含Human-Body Mode(HBM)人體放電模式,避免晶片受到人體靜電放電所遭受的傷害;Machine Model(MM)機器放電模式以及Charged-Device Model(CDM)元件充電模式。為確保電子產品的功能,DR1618符合國際規範IES 61000-4-2 ESD測試,從產品系統防制靜電以及專業設計技術等方面著手,達到靜電防護的功能。
2021年,PD3.1規格發布, USB-C所能支持的上限輸出功率從規定的100W,提升到了240W(48V/ 5A),香港德潤微電子對此發展了DR1628,提供CC1/CC2和SBU1/SBU2引腳擁有耐受28V的過壓保護。
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