流行的快充技术中EOS的保护方案

近十年来随着手机电池容量不断增大，同时用户对充电时间短的迫切需求，手机快充技术应运而生。快充技术是可以令电池能在短时间内充满电的技术，从而大幅缩短充电时间，有效提升了用户体验。目前实现快充是对产品进行高能量的输入，在其过程中经常忽略其带来的EOS困扰。EOS的保护方案也是目前重点研究项目。

 

快充技术

 

手机的快充作为快充技术第一个应用的领域，现在已经普及到更多的电子产品，如电脑，穿戴式装置，行动电源等。以手机为例，目前主流快充技术有QC charger，USB-PD及各家手机厂商快充技术，如华为Supercharge，VIVO双引擎快充，OPPO VOOC，小米Super Turbo。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。

 

OPPO SuperVOOC 超级闪充是采用低压大电流以及新定电压充电演算法，可以动态地在适配器端完成定电压，定电流控制的直充方案。在大电流充电模式下，充电器通过直充开关将电流直接对电池充电，双电芯串联增加充电电压，通过开电压环实现分段定电流的电流输出，其 “开电压环” 是基于负回授原理设计的元件，主要作用是控制电池充电过程中的电压和电流。当充电电流超过预设的阀值时，开电压环会自动将电路中的开关打开，从而降低电池电压，并保持恒定的充电电流。这样一来，即可实现分段定电流的电流输出，从而有效地提升充电效率和安全性，进而提高终端充电功率，充电功率可高达 125W (20V/7.5A)。

 

华为Super Charge是利用电荷泵技术，以Mate 50为例，支援最高66W超级快充，为第三代：二倍压SCP快充技术 (11V/6A)， 其第二代为一倍压快充 (5V)，第三代二倍压升级至10V或11V，其中常见充电规格三：SCP 66W快充 (11V/6A)，其最大电流和电压设定至6A及11V获得最优充电效率，其利用电荷泵原理打破了Type-C电流的限制，将电量通过6A的通道送进手机，进入Type-C后，再由电荷泵将充电电压降到5V左右，同时将电流从6A提升到13.2A，通过这套原理为电池进行充电，这就实现了5V/13.2A低压大电流方案。而华为第四代：四倍压SCP快充技术将支援100W快充 (20V/5A）。 

 

 

 

EOS (Electrical Over Stress)

 EOS (Electrical Over Stress)是指因雷击的过压或过流能量所造成的破坏。雷击在特殊天气情况才会产生，但普通家庭使用场景下造成的EOS原因却很多，比如AC/DC电源插拔、电子设备的频繁启动、产品连接时由于接地不同存在的电位差等。在失效分析中均会发现芯片内部存在部分一定面积的烧毁，基本致判断为EOS造成的失效。

 

快充的充电端电端EOS危害

无论哪种快充技术，其功率都在不断增大，2021年，USB-IF协会公布全新的PD3.1标准，将最大充电功率从100W增加到240W。而各手机厂商也陆续宣布其240W快充技术。充电器输出电压需要从5V升至9V/10V/12V，甚至更高的20V。全球手机用户由于充电环境复杂多样，就算仅是一般5V/1A常规充电都极易遭受EOS破坏，再加上许多开发中国家供电电压存在不稳定的因素，造成用户充电过程极易产生EOS。除此之外，现今手机使用者通常有频繁充电的习惯，因此经常进行充电线的插拔动作，也会带来ESD破坏的问题。而大能量大功率快充过程，由于涉及高压大电流及更多元器件模组，EOS波动将更大更频繁，若手机充电端无有效的ESD/EOS保护方案，后端PMU，OVP等IC会损坏导致手机故障。

 

充电端EOS保护方案

TVS的保护原理如图所示：当经过二极管的电压在额定电压范围内时，二极管不工作，但是如果当输入的电压瞬间上升超过TVS。二极管的击穿电压时二极管导通泄放干扰并将二极管两端的电压钳位在钳位电压以下，保护后级电路。

 

 

 

 

目前的充电口电路结构如图所示，针对Vbus保护方案，可在DC in添置TVS1 (靠近介面，置于OVP前端)，而Vbattery 保护方案则在PMU正极添置TVS2，置于PMU端。

除OVP用于抵挡直流能量外，选用TVS 要能适用DC高压输入的特性，同时避免突波能量损坏PMU，所以第一级TVS1根据充电器设计最高输出电压建议使用15V，18V或24V 的TVS。建议TVS2使用5V的 TVS，作为第二级防护，吸收后端EOS残压。同时两级TVS都能提供低钳制电压的性能，不仅能防范EOS，同时阻挡ESD干扰，实用有效的二级TVS防护，将会大大降低手机充电端不良返修率，提高手机品质。

TVS瞬态电压保护器件，200W-1500W产品系列 (5.0V-440V)贴片TVS 4款体积，不同功率瞬态电压抑制二极管满足更多不同电路需求选型。

 

商品编码	型号	封装	功率
C2980406	SMF6.0A	SOD-123FL	200W
C908818	SMAJ12CA	SMA(DO-214AC)	400W
C908845	SMBJ12CA	SMB(DO-214AA)	600W
C2943840	SMCJ30A	SMC(DO-214AB)	1500W

 

关于我们

 

深圳市固得沃克电子有限公司(GOODWORK)拥有经验丰富的工程技术人员以及专业的管理团队，生产产品涵盖：二极管、三极管、整流桥堆、TVS、MOS、ESD、三端稳压器全系列。产品实现了全面自主研发、生产、销售。产品封装外形齐全，为客户量身定制。产品均已通过美国UL、SGS欧盟ROHS及REACH环保认证。工厂引进了具有国际水准的专业生产设备及先进检测仪器，已通过ISO9001、ISO14001国际质量管理体系认证。