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采用電池供電的移動設備如手機、數碼相機、手持全球衛星定位(GPS)系統等，在日常的充電/供電應用中，它們的電池都面臨著正向/負向過壓、過流等眾多風險，故需要安全且小巧的電池充電管理，以盡可能的使電池的可用時間較長、可用電壓較高、充電時間較短及電池生命周期時間較長等。 我們把普通墻式適配器或USB充電適配器到移動設備電池的通道稱為直接充電通道，而把移動設備電池到外部附件(如調頻收發器、負載揚聲器和閃光模塊)的通道稱為反向供電/充電通道(參見圖1移動設備的直接充電通道和反向供電/充電通道示意圖)。 安森美半導體身為全球領先的高能效、高性能半導體方案供應商，針對移動設備不同的充電應用提供結合不同特性的過壓保護方案, 包括符合YD/T1591 手機充電器及接口標準，具有低導通阻抗，符合USB1.1/2.0電流消耗要求，具有快關閉時間，支持軟啟動，并為客戶提供完整的技術支持。 例如，在針對電壓/電流可達30 V/1A~2 A的墻式適配器充電保護方面，安森美半導體的正向過壓保護(OVP)器件包括NCP345/NCP346(僅驅動器)、NCP347/NCP348(集成N溝道MOSFET)，以及正在提供樣品的集成NMOS、采用WDFN 1.6×2 mm/1.6×1.8 mm極小封裝的NCP349等等。其中NCP347/NCP348提供市場上最低的導通阻抗(典型值65 mΩ)，具有極短的關閉時間(典型值1.5 us)，能處理高達2 A的充電電流，欠壓鎖定(UVLO)和過壓鎖定（OVLO）電壓能藉金屬調整（Metal Tweak）在2.5 V至7 V范圍內改變，為移動設備提供強大的正向過壓保護功能。此外，安森美半導體還為墻式適配器充電保護提供結合OVP與過流保護(OCP)的器件，如NCP370(正/負向OVP及反向OCP)，以及正在提供樣品的NCP366(集成PMOS)和NCP367(集成PMOS和Vbat引腳)等。 而在針對USB適配器的充電保護方面，安森美半導體集成PMOS的NCP360提供正向過壓保護功能，集成PMOS的NCP361提供正向過壓保護及過流保護功能；此外，結合OVP、OCP和靜電放電(ESD)保護的NCP362也正在提供樣品。下文我們將以NCP370和NCP362為例，探討這些器件如何為移動設備充電應用提供可靠的保護方案。 一、NCP370為移動設備電池充電/供電通道提供雙向保護 移動設備的直接充電通道面臨著浪涌電流效應和正/負向過壓等風險。適配器熱插入的瞬間，由于線纜的寄生電感和輸入電容的緣故，危險的高壓振鈴可能會損害移動設備中敏感的集成電路(IC)。在這方面，設想的移動設備保護方案應可通過控制保護方案內的MOSFET的導通，使移動設備輸入電流和輸入電壓不超過IC所能承受的電壓值，從而保護移動設備免于源自各種應用環境下可能存在的過壓故障的損害，如由適配器內部故障產生的正向過壓、適配器插反產生的負向過壓等。 而在反向供電/充電通道方面，設想保護方案也必須解決電池放電/反向放電過流、反向浪涌電流、反向直接短路和反向通道電壓跌落等問題。 圖2：安森美半導體的正/負向OVP和反向OCP器件NCP370的功能模塊圖 安森美半導體的NCP370是實現上述保護方案設想的業界首款集成型雙向保護器件,其功能模塊圖如圖2所示。其中，在針對直接充電通道的保護方面，新的NCP370提供高達+28 V的正向過壓保護和低至-28 V的負向過壓保護，顯著改善便攜設備的前端保護能力。同時NCP370還內置過壓鎖定(OVLO)電路，在過壓條件下，只要輸入電壓超過OVLO閾值，輸出就會被關閉。NCP370集成了兩顆典型值為130 mΩ的低導通阻抗(Ron)的N溝道MOSFET(即NMOS)，支持高達1.3 A的大充電電流。而從圖2中可以看出，NCP370采用了兩個背靠背(back-to-back)的NMOS�？刂频�1個NMOS的門極，可以消除直接充電通道的浪涌電流和正向過壓。 圖3：安森美半導體NCP370的典型應用電路圖 在反向供電通道保護方面，兩個NMOS構成的背靠背方案能夠在輸入電壓低于電池電壓時避免電池放電。如果移動設備的外部附件出現直接短路，可能瞬時出現源自電池的極高電流。NCP370中，與第1個NMOS背靠背的第2個NMOS控制反向通道浪涌電流及過流，而過流保護值為1.75 A（典型值），過流保護的限流設定還可通過外部電阻來調節。此外，NCP370集成的NMOS的導通阻抗極低，使由于導通阻抗引起的電壓跌落極低，減少額外損耗，并使附件可用電壓更高。 綜上所述，安森美半導體的NCP370雙向(直接充電保護+反向供電保護)保護器件提供上述設想保護解決方案的全部特征。對于設計人員而言，這器件的一項突出優勢就是提供反向過流保護且過流保護閾值可通過改變電路參數來調整，使用起來非常方便。此器件具有低于1 µA的極低待機電流，可以避免在拔出墻式適配器或手機關機時的電池放電，從而延長電池使用時間。此外，NCP370還提供熱保護，出現內部過熱時，集成的熱保護功能會關閉內部MOSFET，以降低器件溫度。它的輸入引腳在靠近輸入引腳放置1個1 µF電容的配置下，NCP370可抵抗IEC61000-4-2 ESD測試規范中第4級±15 kV空氣放電及±8 kV接觸放電。 二、NCP362為移動設備USB 2.0應用提供OVP、OCP、和ESD保護 除了NCP370這樣的新器件，迄今為止，設計人員仍需要采用獨立的OVP、OCP、瞬態電壓抑制器件(TVS)等元件來保護易受損害的移動設備，使其免受源于USB主設備(host)、墻式適配器、人體及不適配的交流-直流(AC-DC)適配器的電氣浪涌和靜電放電影響，以保護移動設備。 安森美半導體的NCP362是業界首款集成過流保護和ESD保護的過壓保護(OVP)的器件。把NCP362置于移動設備的USB連接器之后，可為USB端口提供+20 V的過壓承受能力。NCP362過壓保護電壓設定為5.675 V，一旦外部總線電壓超過此保護電壓，NCP362將在1.5 us內關斷內部MOSFET，使VBUS鏈路開路。如果某些特定應用需要不同的過壓保護電壓，還能采用金屬調整(Metal Tweak)來改變OVP電壓，滿足客戶的不同要求。此外NCP362還提供過流保護，如果總線電流超過750 mA就使內部MOSFET開路。 NCP362器件的OVP和OCP響應速度都非�？欤湫完P斷時間為0.7 us，最大1.5 us，可為系統提供高效的保護。此外它集成了高速ESD保護二極管用于數據線路(D+和D-)保護，并集成了TVS用于USB端口的VBUS引腳保護，可承受IEC 61000-4-2 第4級 ±15 kV空氣放電及±8 kV接觸放電測試。 三、總結 手機、數碼相機等移動設備會采用墻式適配器、修配用適配器或USB適配器來充電，并可能需要為其外部附件供電。設計人員需要結合不同的應用要求來設計充電/供電保護方案。安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效半導體方案供應商，提供豐富的過壓保護器件，在OVP的基礎上結合不同保護特性，滿足設計人員的不同應用需求。本文簡要介紹了安森美半導體的過壓保護方案，并以NCP370和NCP362為例，重點探討它們的特性、優勢，特別是如何滿足移動設備充電應用的保護需求，幫助設計人員選擇適合的保護器件。安森美半導體還為客戶提供完整的技術支持和客戶服務，幫助他們在市場競爭中占據有利位置。 |
