应能微拥有先进的ESD＆EOS防护设计技术，推出手机充电端VBUS和Vbattery的最佳EOS防护方案

1.引言

近几年来，智能手机的发展突飞猛进，更丰富的应用，更大的屏幕、更高分辨率、更强悍的性能让其在通讯功能、办公社交、休闲娱乐等领域发挥着越来越重要的角色。但是在面对如此多任务的时候，绝大多数智能手机的续航成了问题。手机一体化，电池不可拆卸，手机快充技术应运而生。这大大缩短充电时间，有效的提升用户体验。

现代智能手机是全球使用最多及最频繁的电子产品，对于其庞大的使用量，品质及性能对于用户体验尤其重要。智能手机的普及和经常使用，频繁充电已成为用户每天必须进行的事情，并且现在手机大部分具有快充功能，在大功率充电过程中，极易产生EOS浪涌冲击，使手机内部器件遭受损坏而不能正常使用，严重影响用户体验。

现代电子产品在设计之初，就要事先考虑因ESD&EOS引发电子元器件损坏的问题。由于从设计到终端客户手中，通常会执行ESD静电放电和EOS浪涌冲击验证，EOS浪涌冲击可能对芯片造成严重破坏，从而会给厂商带来比较大的损失。因而，研发设计人员对EOS浪涌冲击的防护设计需要更加重视。

应能微（APM）提供针对手机充电端VBUS和Vbattery的ESD静电放电和EOS浪涌冲击整体防护解决方案，拥有先进测试设备与专业测试整改团队，可根据IEC61000-4-2和IEC61000-4-5的测试标准，为开发商及生产商提供相关测试整改建议。

2.快充技术

目前主流快充技术有USB-IF协会发布的USB PD3.0和USB PD3.1快充协议，QC charger及各手机厂商的快充技术,如华为Supercharge,VIVO双引擎快充,OPPOVOOC,小米SuperTurbo。无论哪项快充技术，其原理均为提高充电电压或电流以增加充电功率，达到快速充电功能。

OPPOSuperVOOC超级闪充，搭载VOOC3.0采用低压大电流+新恒压充电算法，采用了3C电芯和VFC快充算法，3C电芯电流承载能力提升100%，VFC算法改进涓流充电，双电芯串联的原理，充电功率高达50W。

华为Super Charge利用电荷泵技术实现40W超级快充，正是利用电荷泵原理满足了USBType-C线缆最大传输电流5Amp的限制，将10V/4A电能通过USBC线缆送进手机，进入手机充电端口后，再由电荷泵IC将充电端口VBUS电压10V降到5V左右，同时将电流从4A提升到8A，通过这套原理为手机电池进行快速充电，这就实现了10V/4A（40W)电能在USB-C线缆中传输，进入手机充电端口后转换成5V/8A低压大电流的快速充电方案。

无论是哪种快充技术，其功率都在不断增大。小则15W，大则50W，充电器输出电压从5V升至9V/10V/12V，甚至更高。由于现代智能手机已深入全球各个角落，许多偏远地区因电力不稳定，或是极端气候的影响，电子产品遭受EOS(Electrical Over Stress)浪涌冲击的机率大大提高，若手机充电端VBUS和Vbattery无有效EOS保护，后端OVP、PMU等IC会损坏导致手机关停，导致返修率也随之升高。

如果主机和外围设备都有可用的USB-PD协议选择，则USB Type-C可以提供高达100W的功率。如表1所示，使用USB-PD协议时，外围设备可以选择高达20V/21V的VBUS电压，最大电流为5A。如果外围设备不需要USBPD协议，则默认VBUS可以支持5V/3A，可传输的功率达15W。自然而然地，VBUS引脚的安全性就需要使用工作电压高于20V/21V、快速响应、低钳位电压的EOS防护器件来保护VBUS引脚。低电容不是VBUS线的考虑因素，因为它通常对寄生电容不敏感。

3.手机充电端VBUS和Vbattery的最佳EOS防护

EOS通常产生于AC/DC电源干扰、雷击、电源杂讯或热插拔等事件，目前手持设备EOS浪涌测试的标准主要是采用IEC61000-4-5的规范，测试电压波形为1.2/50μs，电流波形为8/20μs的1.2/50μs-8/20μs组合波浪涌。部分品牌厂商除了制定内规的ESD Direct-PinInjection方式测试外，还会额外增加EOS Direct-Pin Injection方式测试。

在充电端VBUS和Vbattery EOS防护上，符合各大手机厂商EOS浪涌测试要求，最高防护标准可达300V/350V/400V（8/20μs，源内阻2Ω）。如图1所示，为手机充电端VBUS和Vbattery电路简化图，TVS与OVP形成对AC及DC干扰的防护组合，是目前手机行业主流的EOS防护方案。可在VBUS添置TVS1（靠近接口，置于OVP前端），而Vbattery保护方案则在PMU正极添置TVS2，置于PMU端。第一级TVS1使用12V或24V Surge TVS:如AU1201P4-3提供Ipp=200A EOS保护能力。TVS2使用5V Surge TVS:如AU0501P4-3F提供Ipp=280A EOS保护能力，作为第二级防护，吸收后端EOS残压。实用有效的二级EOS防护，将会大大降低手机充电端不良返修率，提高手机品质及可靠性。

对于手机充电端VBUS和Vbattery而言，在选择ESD&EOS保护器件时必须考虑到:

a).最重要的参数是ESD&EOS钳位电压Vc和浪涌电流Ipp:ESD/EOS保护器件若要能对系统提供有效保护，除了防护器件本身要能承受足够高的浪涌电流Ipp外，还需要考虑钳位电压Vc是否够低，使得ESD/EOS的能量被钳位在更低的电压，以防止系统内部芯片电路受到损毁。钳位电压Vc和浪涌电流Ipp是判断ESD/EOS保护TVS器件对于系统内部芯片电路保护能力最重要的参数。

b).USBType-C接口可提供快速充电功能，分别支持5V,9V,15V,20V,28V等不同的VBUS电压。充电时因频繁的热插拔动作可能在VBUS线上产生ESD/EOS威胁，因此需在系统上采用更加完善的外部ESD/EOS浪涌保护方案设计。TVS关态电压VRWM或者击穿电压VBR要大于被保护电路VBUS最高工作电压，有些厂商还需要测试USBType-C接口直流耐压（例如12Vdc或者24Vdc)。为了避免VBUS最高工作电压大于TVS击穿电压VBR，一般建议TVS VRWM=110%~120%*VBUS，保持10%~20%电压裕量。

应能微（APM）拥有先进的ESD&EOS防护设计技术，特别针对手机充电端VBUS和Vbattery防护需求，如表2所示，推出针对不同VBUS电压的EOS浪涌防护TVS器件。例如VBUS=5V时可选择VRWM=5V~7V TVS,VBUS=9V/10V/11V时可选择VRWM=12V TVS。VBUS=15V时可选择VRWM=18V TVS，VBUS=20V/21V时可选择VRWM=24V TVS。

例如，VBUS=20V/21V防浪涌，推荐AU2401P4-3H，具有非常卓越的钳位电压Vc和浪涌电流Ipp能力，Vc≤34V@lpp=180A(8/20μs)，可抗受浪涌电压360V（8/20μs，源内阻2Ω)。

表3列出针对单节和双节Vbattery的EOS浪涌防护TVS器件，例如单节锂电池可选择VRWM=4.5V-5V TVS，双节锂电池可选择VRWM=9V-12V TVS。

4.结论

应能微（APM）针对手机充电端VBUS和Vbattery的EOS防护，提供高紧凑度、大电流、低钳位电压、低漏电、超高稳定性的EOS防护器件系列TVS以及完整的器件组合，根据手机充电端VBUS和Vbattery浪涌电压电流要求和被保护IC的灵敏度选择合适的产品。多年来，应能微（APM)ESD/TVS器件已经在各类智能手机、平板电脑、智能音箱、摄像头、TWS耳机、智能穿戴类手表手环、主动式电容笔、电动牙刷、键盘鼠标、美容仪、医疗设备、电子烟、电子广告机等充电端VBUS和Vbattery的ESD&EOS防护中大量使用，产品超高稳定性得到市场广泛认可。

应能微(APM)拥有先进测试设备与专业测试整改团队，面向所有企业客户免费开放，可提供ESD静电和EOS浪涌冲击等全套测试整改服务，资深FAE工程师免费全程跟进和指导。