EOS小浪涌防護(hù)系列(二) : 移動(dòng)終端的EOS (小浪涌) 該怎么防護(hù)？｜檳城電子
上一節(jié)，我們講解了EOS的成因及危害，本節(jié)我們繼續(xù)講解移動(dòng)終端的EOS防護(hù)方案。充電IC的規(guī)格書(shū)都給出了耐壓范圍，通常我們?yōu)榱朔乐笽C被EOS打壞，會(huì)在充電端口增加一顆TVS。這里給剛?cè)胄械幕锇閭兘榻B一下TVS的工作原理。以一顆單向TVS為例，通常只有一個(gè)PN結(jié)，TVS工作在反向電壓截止?fàn)顟B(tài)（正向電壓大于0.6V左右就直接導(dǎo)通短路了），簡(jiǎn)單來(lái)講當(dāng)EOS脈沖電壓超過(guò)TVS的VBR以后，EOS脈沖電壓被鉗位在一定的電壓范圍；復(fù)雜一點(diǎn)講，半導(dǎo)體中的電子在獲得外加電場(chǎng)的作用下，撞擊周?chē)蛹ぐl(fā)出新的自由電子，使得更多的電子在外加電場(chǎng)作用下獲得能量，形成雪崩倍增效應(yīng)，快速泄放能量，這里不展開(kāi)講，有興趣的伙伴可以來(lái)電探討。
見(jiàn)下圖一，假設(shè)脈沖峰值100V以上，用一顆檳城的型號(hào)為BV-D124ZD的TVS能將電壓鉗到30V以下，用一顆檳城的型號(hào)為BV-FE05ZA的TVS能將電壓鉗到10V以下。將很高的脈沖電壓鉗位到較低的水平自然就達(dá)到了保護(hù)后端IC的目的。
如果你的充電端口是5V供電我們建議你選擇工作電壓（VDRM）7V的BV-FE07ZA，如果你的端口是9V-20V我們建議你選擇工作電壓24V的BV-D124ZD。我們知道不是所有的充電器（或電源）都穩(wěn)定，假如5V充電口也選擇工作電壓為5V的TVS，當(dāng)插入不穩(wěn)定的充電器后可能會(huì)使TVS長(zhǎng)時(shí)間在直流下導(dǎo)通，因而燒壞。 我們?cè)诜?wù)客戶(hù)的過(guò)程中，常常有這樣的提問(wèn)：在充電端口TVS到底該選單向還是雙向？ 我們?cè)囍堰@個(gè)問(wèn)題解答清楚。首先，要理解什么是正向EOS、負(fù)向EOS，如上圖一，正向EOS是EOS電流從電路正極流向負(fù)極，但TVS遭受反向（N到P）的EOS沖擊，負(fù)向EOS是EOS電流從電路的負(fù)極流向正極，但TVS遭受正向（P到N）的EOS沖擊。
我們?cè)賮?lái)看檳城一顆單向型號(hào)為BV-FE05ZA的TVS在遭受EOS沖擊下的波形：
▲圖二：正向EOS
▲圖三：負(fù)向EOS
▲圖三：負(fù)向EOS
可以看出，BV-FE05ZA遭受正向EOS沖擊，電流達(dá)146A的情況下鉗位電壓8.9V，負(fù)向EOS沖擊鉗位電壓僅-2.48V，因?yàn)樨?fù)向EOS，TVS工作在類(lèi)似二極管的正向?qū)顟B(tài)所以電壓當(dāng)然很低。
上面兩顆BV-FE05ZA的P極串聯(lián)在一起就組成了一顆雙向的TVS，如下圖四，TVS無(wú)論遭受正向還是負(fù)向的EOS沖擊，電流總會(huì)流經(jīng)一個(gè)N到P的反向結(jié)，因而鉗位電壓的絕對(duì)值也是在8.9V左右。
▲圖四：BV-FE05ZA的P極串聯(lián)
在充電IC手冊(cè)中，相信大多數(shù)伙伴都有留意到，有幾項(xiàng)極限參數(shù)，其中有一項(xiàng)，VIN最小電壓值，一般只有-0.3V左右，如下表。
1、當(dāng)充電端口的負(fù)向直流電壓絕對(duì)值超過(guò)0.3V，充電IC容易燒壞。 2、當(dāng)充電端口的負(fù)向EOS絕對(duì)值超過(guò)0.3V，并持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，充電IC容易燒壞。 通過(guò)上面的討論，至少明確了，在充電端口TVS應(yīng)該選單向（防反接的除外），因?yàn)殂Q位電壓絕對(duì)值更低。 看到這里，相信還有不少看官會(huì)打破砂鍋問(wèn)到底：即便選擇BV-FE05ZA，假設(shè)遭受負(fù)向EOS，殘壓絕對(duì)值也有2.48V明顯大于0.3V，怎么可能有效的防護(hù)呢？ 我們贊賞這種打破砂鍋問(wèn)到底的精神；首先規(guī)格書(shū)里的0.3V是指直流電壓（時(shí)間連續(xù)），另外這個(gè)問(wèn)題牽涉到IC的損壞機(jī)理，我們知道IC內(nèi)部也是由PN結(jié)構(gòu)成，PN結(jié)有內(nèi)阻R，當(dāng)PN結(jié)兩端有持續(xù)的電壓U，根據(jù)電功公式 
我們知道PN結(jié)有電流，會(huì)發(fā)熱，但只要不超過(guò)規(guī)格書(shū)標(biāo)明出的-0.3到30V的工作電壓范圍，一定不會(huì)壞，對(duì)吧。再返回去看圖二圖三的電壓波形，假設(shè)充電IC端遭受負(fù)向的這兩個(gè)波形（把圖二翻轉(zhuǎn)180度），
顯然圖三的電壓曲線(xiàn)形成的面積更小，做工更小，發(fā)熱更少，IC能得到更好的保護(hù)。圖二面積很大，如果IC負(fù)向遭受這樣的波形當(dāng)然非常容易發(fā)熱燒毀。 看官一定還會(huì)問(wèn)：那么經(jīng)過(guò)鉗位后殘余的2.48V形成的面積是不是確定不會(huì)將IC損壞呢，，或者說(shuō)負(fù)向殘壓絕對(duì)值應(yīng)該低于多少V才能保護(hù)IC，能給個(gè)準(zhǔn)確殘壓值嗎？ 不能，我們知道市面上的充電IC品牌眾多，技術(shù)差異大，晶圓生產(chǎn)工藝差異大，每家的EOS沖擊耐受都不一樣，所以我們只能通過(guò)介入你的產(chǎn)品設(shè)計(jì)根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)?zāi)M進(jìn)一步給你指導(dǎo)，將更有把握的設(shè)計(jì)方法分享給你，其次任何設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品都需要測(cè)試驗(yàn)證。 有的看官可能還有要問(wèn)：我也用單向的TVS還是過(guò)不了呢？ 如果你的設(shè)計(jì)到了這一步，首先恭喜！你已經(jīng)掌握了EOS防護(hù)的正確方向，但是TVS的特性了解不夠?qū)е履愕漠a(chǎn)品測(cè)試FAIL，在這里篇幅有限不宜展開(kāi)，如果你有需求請(qǐng)聯(lián)系我們，這是我們后續(xù)將要繼續(xù)探討的問(wèn)題。檳城電子專(zhuān)注過(guò)壓防護(hù)24年，我們收錄了非常多的實(shí)戰(zhàn)案例樂(lè)意與您一起分享、交流。關(guān)注檳城電子公眾號(hào)，一起探討過(guò)壓防護(hù)。
