檳城電子│智能手持式POS機(jī)的EOS防護(hù)

        EOS（Electrical Over Stress）電氣過(guò)應(yīng)力，是元器件常見(jiàn)的損壞原因，其表現(xiàn)方式是過(guò)壓或者過(guò)流產(chǎn)生大量的熱能，使元器件內(nèi)部溫度過(guò)高從而損壞元器件（大家常說(shuō)的燒壞），是由電氣系統(tǒng)中的脈沖導(dǎo)致的一種常見(jiàn)的損害電子器件的方式。

        由于USB接口的廣泛應(yīng)用，充電協(xié)議的擴(kuò)展，USB接口的優(yōu)勢(shì)得到了新的發(fā)展空間。在現(xiàn)階段，USB接口在手持式電子產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用。

問(wèn)題描述:

        某客戶的智能手持式POS機(jī)，使用的是USB口作為整機(jī)的電源輸入口，在使用過(guò)程中，經(jīng)過(guò)數(shù)次帶電拔插，設(shè)備就不能開(kāi)機(jī)了，電源輸入異常。拆機(jī)，測(cè)量USB電源兩端為短路，查出為OVP芯片短路所致。由于去除了OVP器件，客戶擔(dān)心實(shí)際使用過(guò)程中會(huì)存在應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。故，提出EOS滿足200V的測(cè)試要求。

原因分析:

        產(chǎn)品電路圖如下（原電路圖），該USB接口輸入端有三級(jí)防護(hù)，初級(jí)是一個(gè)ESD類的防護(hù)器件，后級(jí)還有一個(gè)OVP防護(hù)器件，兩級(jí)之間沒(méi)有做退耦器件。查相關(guān)規(guī)格書，OVP的通流較小，為5A。前級(jí)ESD通流相對(duì)較大點(diǎn)，為100W，折算成8/20μs的電流，約為13A左右。

▲原電路圖

        為了摸清實(shí)際各個(gè)器件的通流能力，我們做了一組原方案的摸底測(cè)試：

        拆機(jī)，去除前級(jí)的TVS后，通電后2#設(shè)備正常運(yùn)行。

處理措施:

        由以上測(cè)試結(jié)果，產(chǎn)品基本問(wèn)題摸清楚了，OVP的抗過(guò)電流能力不足，熱拔插會(huì)導(dǎo)致短路失效，在EOS測(cè)試時(shí)，前級(jí)防護(hù)TVS只能滿足70V的浪涌測(cè)試，不能滿足客戶提出的200V的EOS測(cè)試需求，為此，我司建議客戶使用BV-FE05ZA，該器件單體可以滿足EOS 280V@140A的測(cè)試要求，另一個(gè)特點(diǎn)是該器件的殘壓非常小，在IPP=100A時(shí)，其VC是小于10V的，封裝體積也非常小，封裝為DFN1006封裝，那么，該器件在板子上實(shí)測(cè)效果又如何呢：

        通過(guò)以上的測(cè)試數(shù)據(jù)，在增加了BV-FE05ZA后，客戶產(chǎn)品能滿足EOS200V 的測(cè)試要求。

思考與啟示:

        通過(guò)以上的測(cè)試、整改，我們可以了解到：

        ■ OVP芯片確實(shí)是有過(guò)電壓防護(hù)功能，但選型不正確、安裝位置不對(duì)會(huì)造成器件損壞，影響系統(tǒng)工作。該產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，存在設(shè)計(jì)的缺陷，將OVP芯片與TVS直接并聯(lián)，中間沒(méi)有退耦器件，屬于安裝位置不正確的表現(xiàn)。當(dāng)有過(guò)電流時(shí)，沒(méi)有前級(jí)的退耦器件，OVP的相對(duì)脆弱，導(dǎo)致?lián)p壞。

        ■ 在USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的擴(kuò)展，供電電流的不斷加大，由原來(lái)的500mA、800mA、1A，發(fā)展到至今24V，2A了，由于輸入電流增大，熱拔插產(chǎn)生的干擾能量也越大，對(duì)USB端口的抗干擾能力要求也就越來(lái)越高，普通的ESD器件已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的防護(hù)要求，所以，在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將相關(guān)的應(yīng)力等級(jí)提高，不能局限于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中。為應(yīng)對(duì)這些新興的、特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，我司推出的BV-FE05ZA能完美的解決這個(gè)問(wèn)題。