EOS小浪涌防護(hù)系列(二) : 移動終端的EOS (小浪涌) 該怎么防護(hù)？｜檳城電子
上一節(jié)，我們講解了EOS的成因及危害，本節(jié)我們繼續(xù)講解移動終端的EOS防護(hù)方案。充電IC的規(guī)格書都給出了耐壓范圍，通常我們?yōu)榱朔乐笽C被EOS打壞，會在充電端口增加一顆TVS。這里給剛?cè)胄械幕锇閭兘榻B一下TVS的工作原理。以一顆單向TVS為例，通常只有一個PN結(jié)，TVS工作在反向電壓截止?fàn)顟B(tài)（正向電壓大于0.6V左右就直接導(dǎo)通短路了），簡單來講當(dāng)EOS脈沖電壓超過TVS的VBR以后，EOS脈沖電壓被鉗位在一定的電壓范圍；復(fù)雜一點講，半導(dǎo)體中的電子在獲得外加電場的作用下，撞擊周圍原子激發(fā)出新的自由電子，使得更多的電子在外加電場作用下獲得能量，形成雪崩倍增效應(yīng)，快速泄放能量，這里不展開講，有興趣的伙伴可以來電探討。
見下圖一，假設(shè)脈沖峰值100V以上，用一顆檳城的型號為BV-D124ZD的TVS能將電壓鉗到30V以下，用一顆檳城的型號為BV-FE05ZA的TVS能將電壓鉗到10V以下。將很高的脈沖電壓鉗位到較低的水平自然就達(dá)到了保護(hù)后端IC的目的。
如果你的充電端口是5V供電我們建議你選擇工作電壓（VDRM）7V的BV-FE07ZA，如果你的端口是9V-20V我們建議你選擇工作電壓24V的BV-D124ZD。我們知道不是所有的充電器（或電源）都穩(wěn)定，假如5V充電口也選擇工作電壓為5V的TVS，當(dāng)插入不穩(wěn)定的充電器后可能會使TVS長時間在直流下導(dǎo)通，因而燒壞。 我們在服務(wù)客戶的過程中，常常有這樣的提問：在充電端口TVS到底該選單向還是雙向？ 我們試著把這個問題解答清楚。首先，要理解什么是正向EOS、負(fù)向EOS，如上圖一，正向EOS是EOS電流從電路正極流向負(fù)極，但TVS遭受反向（N到P）的EOS沖擊，負(fù)向EOS是EOS電流從電路的負(fù)極流向正極，但TVS遭受正向（P到N）的EOS沖擊。
我們再來看檳城一顆單向型號為BV-FE05ZA的TVS在遭受EOS沖擊下的波形：
▲圖二：正向EOS
▲圖三：負(fù)向EOS
▲圖三：負(fù)向EOS
可以看出，BV-FE05ZA遭受正向EOS沖擊，電流達(dá)146A的情況下鉗位電壓8.9V，負(fù)向EOS沖擊鉗位電壓僅-2.48V，因為負(fù)向EOS，TVS工作在類似二極管的正向?qū)顟B(tài)所以電壓當(dāng)然很低。
上面兩顆BV-FE05ZA的P極串聯(lián)在一起就組成了一顆雙向的TVS，如下圖四，TVS無論遭受正向還是負(fù)向的EOS沖擊，電流總會流經(jīng)一個N到P的反向結(jié)，因而鉗位電壓的絕對值也是在8.9V左右。
▲圖四：BV-FE05ZA的P極串聯(lián)
在充電IC手冊中，相信大多數(shù)伙伴都有留意到，有幾項極限參數(shù)，其中有一項，VIN最小電壓值，一般只有-0.3V左右，如下表。
1、當(dāng)充電端口的負(fù)向直流電壓絕對值超過0.3V，充電IC容易燒壞。 2、當(dāng)充電端口的負(fù)向EOS絕對值超過0.3V，并持續(xù)足夠長的時間，充電IC容易燒壞。 通過上面的討論，至少明確了，在充電端口TVS應(yīng)該選單向（防反接的除外），因為鉗位電壓絕對值更低。 看到這里，相信還有不少看官會打破砂鍋問到底：即便選擇BV-FE05ZA，假設(shè)遭受負(fù)向EOS，殘壓絕對值也有2.48V明顯大于0.3V，怎么可能有效的防護(hù)呢？ 我們贊賞這種打破砂鍋問到底的精神；首先規(guī)格書里的0.3V是指直流電壓（時間連續(xù)），另外這個問題牽涉到IC的損壞機理，我們知道IC內(nèi)部也是由PN結(jié)構(gòu)成，PN結(jié)有內(nèi)阻R，當(dāng)PN結(jié)兩端有持續(xù)的電壓U，根據(jù)電功公式 
我們知道PN結(jié)有電流，會發(fā)熱，但只要不超過規(guī)格書標(biāo)明出的-0.3到30V的工作電壓范圍，一定不會壞，對吧。再返回去看圖二圖三的電壓波形，假設(shè)充電IC端遭受負(fù)向的這兩個波形（把圖二翻轉(zhuǎn)180度），
顯然圖三的電壓曲線形成的面積更小，做工更小，發(fā)熱更少，IC能得到更好的保護(hù)。圖二面積很大，如果IC負(fù)向遭受這樣的波形當(dāng)然非常容易發(fā)熱燒毀。 看官一定還會問：那么經(jīng)過鉗位后殘余的2.48V形成的面積是不是確定不會將IC損壞呢，，或者說負(fù)向殘壓絕對值應(yīng)該低于多少V才能保護(hù)IC，能給個準(zhǔn)確殘壓值嗎？ 不能，我們知道市面上的充電IC品牌眾多，技術(shù)差異大，晶圓生產(chǎn)工藝差異大，每家的EOS沖擊耐受都不一樣，所以我們只能通過介入你的產(chǎn)品設(shè)計根據(jù)我們的經(jīng)驗和實驗?zāi)M進(jìn)一步給你指導(dǎo)，將更有把握的設(shè)計方法分享給你，其次任何設(shè)計好的產(chǎn)品都需要測試驗證。 有的看官可能還有要問：我也用單向的TVS還是過不了呢？ 如果你的設(shè)計到了這一步，首先恭喜！你已經(jīng)掌握了EOS防護(hù)的正確方向，但是TVS的特性了解不夠?qū)е履愕漠a(chǎn)品測試FAIL，在這里篇幅有限不宜展開，如果你有需求請聯(lián)系我們，這是我們后續(xù)將要繼續(xù)探討的問題。檳城電子專注過壓防護(hù)24年，我們收錄了非常多的實戰(zhàn)案例樂意與您一起分享、交流。關(guān)注檳城電子公眾號，一起探討過壓防護(hù)。
