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配合移動設(shè)備不同充電應(yīng)用的全面保護方案

發(fā)布時間:2009-05-08 來源:安森美半導(dǎo)體

中心議題:
  • 介紹安森美配合移動設(shè)備不同充電應(yīng)用所能提供的全面保護方案

解決方案:
  • 針對電壓/電流可達30 V/1A~2 A的墻式適配器充電保護:
    NCP345/NCP346
    正在提供樣品NCP349等
  • 針對USB適配器的充電保護方面:
    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
    結(jié)合OVP、OCP和靜電放電(ESD)保護的NCP362正在提供樣品
  • 針對墻式適配器充電保護的結(jié)合OVP與過流保護(OCP)的器件
    NCP370(正/負向OVP及反向OCP),
    正在提供樣品的NCP366(集成PMOS)和NCP367(集成PMOS和Vbat引腳)
 
采用電池供電的移動設(shè)備如手機、數(shù)碼相機、手持全球衛(wèi)星定位(GPS)系統(tǒng)等,在日常的充電/供電應(yīng)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(shè)備電池的通道稱為直接充電通道,而把移動設(shè)備電池到外部附件(如調(diào)頻收發(fā)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(shè)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(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高能效、高性能半導(dǎo)體方案供應(yīng)商,針對移動設(shè)備不同的充電應(yīng)用提供結(jié)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(dǎo)通阻抗,符合USB1.1/2.0電流消耗要求,具有快關(guān)閉時間,支持軟啟動,并為客戶提供完整的技術(shù)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(dǎo)體的正向過壓保護(OVP)器件包括NCP345/NCP346(僅驅(qū)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(dǎo)通阻抗(典型值65 mΩ),具有極短的關(guān)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(diào)整(Metal Tweak)在2.5 V至7 V范圍內(nèi)改變,為移動設(shè)備提供強大的正向過壓保護功能。此外,安森美半導(dǎo)體還為墻式適配器充電保護提供結(jié)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(dǎo)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(jié)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(shè)備充電應(yīng)用提供可靠的保護方案。

NCP370為移動設(shè)備電池充電/供電通道提供雙向保護
移動設(shè)備的直接充電通道面臨著浪涌電流效應(yīng)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(shè)備中敏感的集成電路(IC)。在這方面,設(shè)想的移動設(shè)備保護方案應(yīng)可通過控制保護方案內(nèi)的MOSFET的導(dǎo)通,使移動設(shè)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(shè)備免于源自各種應(yīng)用環(huán)境下可能存在的過壓故障的損害,如由適配器內(nèi)部故障產(chǎn)生的正向過壓、適配器插反產(chǎn)生的負向過壓等。

而在反向供電/充電通道方面,設(shè)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。[page]


圖2:安森美半導(dǎo)體的正/負向OVP和反向OCP器件NCP370的功能模塊圖。

安森美半導(dǎo)體的NCP370是實現(xiàn)上述保護方案設(shè)想的業(yè)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(shè)備的前端保護能力。同時NCP370還內(nèi)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(guān)閉。NCP370集成了兩顆典型值為130 mΩ的低導(dǎo)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?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(dǎo)體NCP370的典型應(yīng)用電路圖。

在反向供電通道保護方面,兩個NMOS構(gòu)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(shè)備的外部附件出現(xiàn)直接短路,可能瞬時出現(xiàn)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(shè)定還可通過外部電阻來調(diào)節(jié)。此外,NCP370集成的NMOS的導(dǎo)通阻抗極低,使由于導(dǎo)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(dǎo)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(shè)想保護解決方案的全部特征。對于設(shè)計人員而言,這器件的一項突出優(yōu)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(shù)來調(diào)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(guān)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(xiàn)內(nèi)部過熱時,集成的熱保護功能會關(guān)閉內(nèi)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(guī)范中第4級±15 kV空氣放電及±8 kV接觸放電。

NCP362為移動設(shè)備USB 2.0應(yīng)用提供OVP、OCP、和ESD保護除了NCP370這樣的新器件,迄今為止,設(shè)計人員仍需要采用獨立的OVP、OCP、瞬態(tài)電壓抑制器件(TVS)等元件來保護易受損害的移動設(shè)備,使其免受源于USB主設(shè)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(shè)備。

安森美半導(dǎo)體的NCP362是業(yè)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(shè)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(shè)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(nèi)關(guān)斷內(nèi)部MOSFET,使VBUS鏈路開路。如果某些特定應(yīng)用需要不同的過壓保護電壓,還能采用金屬調(diào)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(nèi)部MOSFET開路。

NCP362器件的OVP和OCP響應(yīng)速度都非???,典型關(guān)斷時間為0.7 us,最大1.5 us,可為系統(tǒng)提供高效的保護。此外它集成了高速ESD保護二極管用于數(shù)據(jù)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。

總結(jié):
手機、數(shù)碼相機等移動設(shè)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(shè)計人員需要結(jié)合不同的應(yīng)用要求來設(shè)計充電/供電保護方案。安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效半導(dǎo)體方案供應(yīng)商,提供豐富的過壓保護器件,在OVP的基礎(chǔ)上結(jié)合不同保護特性,滿足設(shè)計人員的不同應(yīng)用需求。本文簡要介紹了安森美半導(dǎo)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(yōu)勢,特別是如何滿足移動設(shè)備充電應(yīng)用的保護需求,幫助設(shè)計人員選擇適合的保護器件。安森美半導(dǎo)體還為客戶提供完整的技術(shù)支持和客戶服務(wù),幫助他們在市場競爭中占據(jù)有利位置。

供稿:安森美半導(dǎo)體

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