近年來,互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼,電子商務(wù)及硬件制造業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展也方興未艾,層出不窮的電子設(shè)備在生活中日益普及,作為世界上最通用的接口之一USB接口得以被廣泛應(yīng)用,我們見證了從USB 2.0到USB 3.2的蛻變,也目睹了一個個不通用的接口被淘汰。
與此同時,各大電子設(shè)備廠商對輸出電流的要求也逐漸提高,從以前的5V/500mA升級到如今的20V/5A,在這種大電流的應(yīng)用上,如果沒有相應(yīng)的保護措施勢必會損壞內(nèi)部電路。有統(tǒng)計表明,超過40%的電子產(chǎn)品失效與USB接口有直接或間接的關(guān)系,而造成的不良現(xiàn)象通常包括系統(tǒng)死機、USB口燒壞等等。究其原因,主要是由于USB具有即插即用的特點,在負載出現(xiàn)異常的瞬間,電源開關(guān)會流過數(shù)安培的電流,即處于長時間過流狀態(tài),從而對電路及系統(tǒng)造成了損壞。
在此大背景下,USB接口的保護方案也得到了各大廠商的重視,其中限流保護方案就成為了設(shè)計過程中不可或缺的一部分,由于性能的局限性,最初的分立式方案也漸漸被集成式方案所代替。
于是,作為保護界的“愛馬仕”維安(WAYON)推出了USB接口專用限流保護產(chǎn)品——WP25P21XX系列芯片,可滿足小型化、智能化和集成化的需求,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于TV面板、TWS耳機充電倉以及機械硬盤接口等領(lǐng)域。
USB接口的保護傘
維安(WAYON)WP25P21XX系列產(chǎn)品輸入電壓為2.5V~5.5V,可調(diào)電流限制范圍在0.4A~2A之間,導(dǎo)通電阻70mΩ,28μA的靜態(tài)功耗,主要封裝形式為SOT23-5/6和DFN-6封裝,可以滿足小空間、低功耗產(chǎn)品的應(yīng)用場景。
在使用時,WP25P21XX系列產(chǎn)品通常用于USB接口和內(nèi)部電源之間,輸入、輸出引腳外接1μF的陶瓷電容,對USB接口接入的設(shè)備提供工作電流,在接入的負載發(fā)生過流現(xiàn)象時提供過流保護,使得USB接口能夠安全可靠的工作。它可以保護和防止芯片內(nèi)部功率器件免受大電流的沖擊,加強電路帶負載的能力。
WP25P21XX產(chǎn)品通過采用SENSEFET結(jié)構(gòu)的電流檢測電路來提高系統(tǒng)的工作效率,同時利用電流檢測電路實時監(jiān)測輸出電流。當(dāng)負載出現(xiàn)重載或短路情況時,內(nèi)部的電流采樣管能及時檢測負載電流變化,并通過與基準(zhǔn)電流的比較,采用負反饋環(huán)路將輸出電流限定在安全的恒流狀態(tài),防止負載過重或短路造成的供電系統(tǒng)崩潰。通過采用精密的修調(diào)技術(shù),可實現(xiàn)10%和20%兩種高精度需求。
WP25P21XX正常工作溫度為-40℃~+85℃,滿足戶外應(yīng)用對溫度的要求,而且內(nèi)置欠壓鎖定、熱關(guān)斷、反向電流阻斷等多重保護機制,能夠全方位保障產(chǎn)品的電氣安全性。
其中FLT管腳是漏極開路輸出,需要一個外部上拉電阻。如果芯片限流保護狀態(tài)被激活,F(xiàn)LT為LOW,表示故障已發(fā)生了。微處理器通過對故障標(biāo)志位的檢測,可進行故障告警等處理措施,有利于故障定位、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等操作。 一旦故障消失,它將自動返回高電平狀態(tài)。同時WP25P21XX具備的快速輸出放電功能可確保已斷開或禁用的負載不會被浮置。當(dāng)EN為低時,打開放電場效應(yīng)晶體管(FET),創(chuàng)建一條從VOUT到GND的路徑,確保該負載能快速返回到已知的0V“關(guān)閉”狀態(tài)。
更優(yōu)的反向電流保護和防靜電能力
USB接口在使用過程中,既對外充當(dāng)電源又為內(nèi)部設(shè)備組件供電,極易引發(fā)反向電流。如下圖所示,反向電流是指系統(tǒng)輸出端的電壓高于輸入端的電壓,導(dǎo)致電流倒流通過系統(tǒng)。反向電流會造成內(nèi)部電路和電源的損壞,根據(jù)從輸出到輸入的路徑,電纜也有可能被損壞,連接器的性能也會被降低。根據(jù)PD = IREV*VDROP,當(dāng)功率達到一定時,甚至?xí)斐蔁龤А?/p>
WP25P21XX所集成的反向電流保護功能可以很好的保護USB接口免受反向電流的危害。內(nèi)部采用襯底電位選擇電路,通過實時監(jiān)測VIN和VOUT端口電壓信號,始終保證功率PMOS管體電位處于最高電位,防止體二極管正偏,從而阻斷反向電流發(fā)生。WP25P21XX具有5 V施加在輸出端,輸入端施加0 V電壓,以演示反向電流保護。
可見,示波器監(jiān)測的峰值反向電流為12.8 mA。
除超強的反向電流保護功能外,WP25P21XX系列產(chǎn)品相比于同類器件還具有更優(yōu)的防靜電能力,通過改進GGNMOS多指型結(jié)構(gòu)不同指之間寄生BJT的trigger電壓的均勻性,從而保證在第一個器件發(fā)生最終擊穿前全部開啟,實現(xiàn)所設(shè)計所有對應(yīng)的BJT開啟,實現(xiàn)電流泄放目的。經(jīng)實測ESD(HBM)可達到8KV,完全滿足用戶實際使用中更為苛刻的使用環(huán)境。
已批量供貨于市場主流大客戶
目前,WP25P21XX系列產(chǎn)品已批量供貨于市場主流大客戶,產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于TV面板、TWS耳機充電倉,以及機械硬盤接口等方面。
市場中WP25P21XX系列產(chǎn)品的典型應(yīng)用方案,限流開關(guān)被置于DC-DC芯片與后續(xù)電路之間,當(dāng)電路內(nèi)部出現(xiàn)故障時,限流開關(guān)將電流限制至所設(shè)置的限流值,為后續(xù)電路提供保護。
在TWS耳機充電倉的應(yīng)用中,通常配合TVS使用,可以有效的保護主芯片免受ESD和過流的侵擾。
WP25P21XX系列的最大限流值為2A,為滿足市場需求,維安將陸續(xù)推出輸出范圍更寬廣,限流值更大的產(chǎn)品。
WAYON(維安)創(chuàng)建于1996年,專注深耕電路保護元器件及功率半導(dǎo)體領(lǐng)域。WAYON始終堅持“以客戶為導(dǎo)向,以技術(shù)為本,堅持艱苦奮斗”的核心價值觀,致力于通過技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)市場,努力成為全球電路保護元器件及功率半導(dǎo)體的領(lǐng)先品牌。
責(zé)任編輯:tzh
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