应对中国最新标准的手机USB充电和过压保护解决方案

在最坏情况下，充电器电流为500mA时，压降(Vdropout)概算为300mV。也就是当充电器电流为500mA时，典型的肖特基二极管的正向电压(Vf)已经是400mV，这就导致无法提供足够的电压裕量。而且随着充电电流的增加，肖特基二极管所促成的0.4V极高压降更会使其成为一个阻塞点。因此，在今后的解决方案中应该避免使用FETKY解决方案。

而在另一方面，通过用具有低VCE(Sat)的晶体管或者具有低Rds(on)的MOSFET代替肖特基二极管，可以降低传输元件上的压降，从而符合所需要的有限电压裕量要求。例如，双FET用作充电功率元件(如图3(b)所示)就是一个更加合适的选择。在这方面，安森美半导体的NTLJD3115P和NTHD4102P就是非常适合的选择。其中，NTLJD3115P是一款-20V、-4.1A、μCool™双P沟道功率电感功率MOSFET，它采用2×2mm的WDFN封装，具有极低的导通阻抗，其0.8mm的高度也使其非常适合纤薄的应用环境；它针对便携设备中的电池和负载管理应用进行了优化，适合于锂离子电池充电和保护电路应用及高端负载开关应用。而NTHD41输出电感器02P是一款-20V、-4.1A双P沟道ChipFETTM功率MOSFET，同样具有较小的占位面积和极低的导通阻抗，适合于纤薄的便携应用环境。

具体而言，采用双FET的有利因素包括：阻塞反向电流、允许反向给蓝牙配件充电，以及导通阻抗(Rds(on))较低。此外，对于MOSFET而言，由于它需要频繁地进行开关操作，所以其发热成为一项问题，并且由此影响到它的使用寿命。而在采用双FET的方案中，MOSFET器件所具备的热感应等额外功能可以建立热控制环路，支持快速高效的充电方案和热保护。

而在用双FET作为充电功率元件进行500mA甚至1,800mA的大电流充电时，需要注意到许多设计考虑事项，如器件温度、温度的计算过程容易出错等。不过，就近的节温度传感器可以改正部分错误，且准确的温度调节可以实现高效的充电解决方案。此外，还需要针对性地进行设备热模拟和温度感应FET评估等工作。

总的来看，在选择MOSFET作为电池充电电路的充电功率元件时，我们应注意其电流额定值、击穿电压、栅极阈值及热性能等。我们可根据不同的PMIC/PMU和设计目标，采用不同的配置。

有效的过压保护解决方案

根据YD/T1591-2006标准，手机侧充电控制电路应具备过压保护装置，也就是在手机充电接口导入直流6V以上电压时，如果不能保证安全充电，应启动保护，在非预期电压的情况下，不应出现过热、燃烧、爆炸以及其它电路损坏的现象，而且恢复后，手机应能正常工作。如图4所示，过压保护(OVP)电路在检测到过压故障状况时，检测电路就会将开关打开，使电子负载与电源断开，从而使得包括微处理器、射频、存储器和电源管理器件等核心芯片遭受过压损伤。

图4：过压保护电路启用的原理示意图。

在为手机充电电路提供过压保护方面，即有分立的解决方案，也有集成的解决方案。在分立式解决方案方面，其中之一就是考虑到远高于6V的电压情形，如静电放电(ESD)，其瞬间的应力电压可能高达几千伏甚至十几千伏，这种情形下，可以施加瞬态电压抑制器(TVS)二极管，以此处理瞬变极快的过压故电感厂家障。在这方面，安森美半导体的TVS二极管就非常适用。例如，在击穿电压为6.2V时，安森美半导体的ESD5Z5.0T1.G能在几纳秒时间内就对符合IEC61000-4-2标准的高达30kV的输入电压进行钳位，且钳位电压可高达11.6V，从而为系统中的关键元件提供可靠的ESD保护。

另一种分立型解决方案就是将OVP驱动器与外部P-MOS配合使用。安森美半导体的NCP346就是这样一个适用的驱动电路，它能够承受高达30V的瞬态电压。这器件设计用于感测过压状况，并快速地从负载断开输入的电压，从而防止造成损伤。NCP346包含精确的电压参考、磁滞比较器、控制逻辑以及MOSFET门驱动器。搭配OVP驱动器与外部P-MOS时，其优点在于精度高、支持Enable引脚，且下游系统可与AC-DC完全分离。但它也有其缺陷，如电流消耗高及解决方案尺寸较大等。

除了这些分立的解决方案，安森美半导体还推出了全集成的OVP解决方案。这也包括两种解决方案，其中一种是针对插墙式AC-DC适配器充电为手机提供高达2A的电流和高达28V的故障瞬态电压的保护，在这方面，安森美半导体的NCP348就是非常适合的选择。NCP348支持的墙式适配器和USB充电电流和电压可分别高达2A和28V。它支持Enable和Status/FLAG引脚，并支持6.02和6.4V的不同过压锁定(OVLO)值。其它的优点包括下游系统可与AC-DC完全隔离和精度高等。此外，它采用极小的2×2.5mmWDFN封装，非常适合小巧的便携应用。不过，这种方案也有其不足之处，也就是在500µA电流的休眠模式下，不符合USB规范。这种情况下的解决之道就是采用NCP360和NCP361过压保护电路。NCP360是一款带内置PMOSFET和状态标记的USB正向过压保护控制器，它能够在检测到错误的VBUS工作条件时从输出引脚断开系统连接。这器件能够高达20V的正向过压保护。由于集成了内部PMOSFET，无需外部元件一体电感器，从而降低了系统成本，并减少了电路板占用面积。此外，在旁路设置一个1µF或更大的电容时，这器件还能够提供ESD保护输入(15kV空气放电)。NCP361则是一款正向过压保护和过流保护控制器。它不仅能够在检测到输入电压超过过压阀值时瞬时断开输出连接，而且得益于其过流保护能力，其集成的PMOS将在一体电感器充电电流超过电流限制时关闭。 平面变压器厂家 | 平面电感厂家

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