前言
近期充電寶市場受到多重要素利好，市場強(qiáng)勢增長，成為眾多3C配件率先復(fù)蘇突圍的品類。目前充電寶新國標(biāo)開始實(shí)施發(fā)證、全球旅游市場復(fù)蘇、iPhone切換USB-C口等熱點(diǎn)頻頻，再加上電芯能量密度、放電倍率也獲得突破，充電寶芯片集成度再創(chuàng)新高，充電寶功率從10W提升到了240W，猛增24倍，堪稱性能狂飆。
由充電頭網(wǎng)舉辦的2023 USB-C大功率充電寶技術(shù)研討會已經(jīng)于9月15日在充電頭網(wǎng)公眾號以及嗶哩嗶哩平臺進(jìn)行直播。充電頭網(wǎng)本次邀請數(shù)十位知名企業(yè)充電寶行業(yè)專業(yè)人士為大家答疑解惑，并進(jìn)行交流討論和分享市場最新動態(tài)與干貨。推動充電技術(shù)的發(fā)展，提高用戶體驗(yàn)，促進(jìn)行業(yè)的進(jìn)步。其中深圳市高特微電子有限公司（簡稱：高特）受邀出席，帶來了《USB Type-C靜電防護(hù)方案》為主題的精彩演講，分享關(guān)于適用充電寶的ESD防護(hù)方案。
擔(dān)任本次演講的嘉賓是深圳市高特微電子有限公司的銷售經(jīng)理王霖鵬先生。
《USB Type-C靜電防護(hù)方案》為主題的演講。
基于PD充電器USB Type-C靜電測試要求及標(biāo)準(zhǔn)，延伸到對充電寶C口進(jìn)行靜電防護(hù)測試。ESD測試標(biāo)準(zhǔn)基于IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)。通過空氣±8KV；接觸±6KV對充電器進(jìn)行放電測試，要求測試完成后，充電器的電性能正常。測試條件及方法、抽樣數(shù)量由廠商要求為準(zhǔn)。
早期QC協(xié)議由DMP、DMC完成的，但PD協(xié)議是使用CC線處理的，所以為了避免高壓、靜電對PD充電器或后端用電器造成損傷，需要對每根線進(jìn)行靜電防護(hù)。普通的靜電防護(hù)方案通常采用單一的ESD單管，在USB Type-C后端的DMP(+)、DMC(-)、CC1、CC2信號線上依不同工作電壓要求分別對地并接上ESD單管。D1旨在保護(hù)電源線，多采用功率較大的ESD/TVS，D2、D3、D4、D5旨在保護(hù)DMP(+)、DMC(-)、CC1、CC2等信號線，多采同一電壓ESD單管。
基礎(chǔ)篇的單管ESD防護(hù)方案，廠商可根據(jù)不同需求選擇不同的ESD防護(hù)器件。在進(jìn)行PD充電器的ESD防護(hù)器件選擇時，高特在基礎(chǔ)篇中的單管ESD防護(hù)器件工作電壓范圍為5V~24V，提供ESD單管的SOD-523、SOD-323、DFN1006共三種封裝外形，滿足廠商對于體積、散熱的要求。
在澳某一個35W的PD充電器的ESD防護(hù)方案。GESD5Z24V是高特基礎(chǔ)篇中的PD充電器USB Type-C靜電防護(hù)方案，可以設(shè)計(jì)出單、雙口Type-C輸出的PD快充產(chǎn)品，每個端口均采用4顆高特的GESD5Z24V即可，可以有效保證產(chǎn)品在使用過程中的ESD防護(hù)。
把傳統(tǒng)的單管ESD防護(hù)方案做成一個四合一的方案，即4顆單管ESD集成一個ESD防護(hù)器件，一個ESD器件即可滿足4條線路的保護(hù)。靈感來源于華為的一個戶外小基站的供電板的功率密度要求，能否把原本4個ESD單管進(jìn)行合封處理，于是開發(fā)出四合一方案的SOT-23-6L封裝產(chǎn)品。優(yōu)點(diǎn)是擁有更高的功率密度和可抗更高的浪涌。
高特的進(jìn)階篇PD充電器USB Type-C靜電防護(hù)方案產(chǎn)品線如圖所示，采用四合一PD快充充電器靜電防護(hù)方案，相較于目前PD快充充電器靜電防護(hù)單ESD方案（基礎(chǔ)篇），該方案更加簡潔，有效減少PCB板的占板面積與貼片次數(shù)，同時降低了器件成本與貼片成本。廠商可根據(jù)不同的需求進(jìn)行選擇不同的四合一PD快充充電器靜電防護(hù)方案。
創(chuàng)新篇是基于C口，根據(jù)各廠商協(xié)議不同的IC應(yīng)用開發(fā)的，用更小的DFN2510封裝方式進(jìn)行四合一的合封。比較特殊的是GESD5B244JDO用的是2顆5V加2顆24V集成在一個器件上，該應(yīng)用原理是基于C口的DMP與CC線不同輸出電壓進(jìn)行分配的，適用于高壓的PD3.1產(chǎn)品、高功率的充電寶等電壓較高的產(chǎn)品上，防止VBUS的電壓影響到CC線，進(jìn)而影響到充電器或者后端。
創(chuàng)新篇的PD充電器USB Type-C靜電防護(hù)方案產(chǎn)品線如圖所示。采用DFN2510封裝外形，可以看到產(chǎn)品的引腳間距非常小，可實(shí)現(xiàn)直通式的布線方式。相比基礎(chǔ)篇、進(jìn)階篇的ESD防護(hù)方案，創(chuàng)新篇有著更高的集成度和更強(qiáng)的防護(hù)能力，同減少了更多的元件數(shù)量，可滿足廠商輕薄產(chǎn)品的需求。
ESD防護(hù)器件的布線需要避免自感，ESD是巨變突發(fā)的脈沖，很可能會在回路中引起寄生自感，進(jìn)而對回路形成強(qiáng)大的電壓沖擊，并可能超出IC的承受極限而造成損傷。負(fù)載產(chǎn)生的自感電壓與電源變化強(qiáng)度成正比，ESD沖擊的瞬變特征易于誘發(fā)高強(qiáng)自感。減小寄生自感的基本原則是盡可能縮短分流回路，必須考慮到包括接地回路、ESD防護(hù)器件和被保護(hù)線路之間的回路，以及由接口到、ESD防護(hù)器件通路等所有因素。所以、ESD防護(hù)器件應(yīng)與接口盡量接近，與被保護(hù)線路盡量接近，這樣才會減少自感耦合到其它鄰近線路上的機(jī)會。
高特PD快充靜電防護(hù)創(chuàng)新方案中的所有ESD防護(hù)器件均采用DFN2510封裝外形，該封裝具有更小的占板面積、更簡單的布線方式、更低的元件成本、更少的貼片次數(shù)。該封裝的引腳間距非常接近Type-C接口的引腳間距，可實(shí)現(xiàn)直通式的布線方式。所以該方案的ESD防護(hù)器件可以最大程度的靠近Type-C接口放置，直通式的布線方式縮短ESD防護(hù)器件與被防護(hù)線路及地線之間的回路，從而減少自感耦合到其它鄰近線路上的機(jī)會。
以上是高特創(chuàng)新方案與基礎(chǔ)方案在PD充電器上的PCB走線圖，相較于基礎(chǔ)方案需要4顆的采用SOD-523封裝外形的GESD5Z24V，且，每顆器件都需要進(jìn)行接地，布線需要繞開器件，創(chuàng)新方案僅需一顆直通式布線的GESD2404JDO，采用DFN2510封裝外形，不僅占板面積更小，接地只需要一顆即可。減少了貼片次數(shù)和占用PCB板的面積，優(yōu)化了ESD防護(hù)器件的布線需要避免自感的問題，同時減少自感耦合到其它鄰近線路上的機(jī)會。
高特可以提供一整套關(guān)于靜電防護(hù)的方案，以及整改服務(wù)，可以基于廠商的要求進(jìn)行產(chǎn)品的定向化開發(fā)，例如GESD524B4JDO采用的2顆5V加2顆24V集成在一個器件上，可以根據(jù)廠商定制為集成2顆5V加2顆18V或者28V的產(chǎn)品。
高特微電子提供200多款從單通道到多通道的ESD防護(hù)器件，封裝外形最小為DFN0603，僅0.6*0.3*0.3mm，工作電壓范圍覆蓋2.5V~36V，電容值低至0.2pF，為電子產(chǎn)品的各類通信接口，如USB、HDMI、LVDS、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、RF天線和GPIO等提供多元化的ESD防護(hù)方案。擁有完善的器件檢測和強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ梢詾閺S商提供不同需求的ESD防護(hù)技術(shù)支持。
LOW VF肖特基二極管產(chǎn)品介紹。
肖特基二極管，是以它的發(fā)明人肖特基博士名字而命名的，又被稱作是肖特基勢壘二極管
它是金屬與半導(dǎo)體材料相互接觸，且形成一定的勢壘后開始工作的一種多數(shù)載流子器件。
肖特基二極管相對于普通二極管最大特點(diǎn)是正向?qū)妷旱?開關(guān)速度快。
LOW VF肖特基二極管，則顧名思義為正向?qū)妷?(VF) 更低的肖特基二極管。
高特 LOW VF肖特基二極管RB0540D1，0.5A/40V VF@0.5A=0.46V。采用DFN1006微形封裝外形，外形尺寸僅為1.0*0.6*0.5毫米，較業(yè)界常用SOD-523封裝、SOD-523封裝更加纖薄，可節(jié)省大量的電路板占用空間，滿足廠商開發(fā)輕薄產(chǎn)品的需求。其正向?qū)妷涸?0mA的工作電流下僅為0.28V，功率損耗僅為0.014W，在0.5A的工作電流下也僅為0.46V，小尺寸VF的肖特二極管不僅在體積上占優(yōu)，還在功耗上存在優(yōu)勢。
高特2A 40V LOW VF 肖特基二極管 RB10U40FD和 RB10U40WS，可滿足廠商對于電子系統(tǒng)更加高效、更低功率損?、更小占板空間的需求，其 VF@1A=0.37V和 VF@2A=0.43V，IR@40V<80uA，可很大程度上減小電子系統(tǒng)中的功率損耗，大大提高了效率。RB10U40FD 采用 DFN1610-2L 封裝外形， 外形尺寸僅為 1.6*1.0*0.5mm，較業(yè)界常用SOD-523封裝、 DFN1610-2L封裝更加纖薄，可節(jié)省大量的電路板占用空間，滿足廠商開發(fā)輕薄產(chǎn)品的需求。
高特LOW VF肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)，基于市面上現(xiàn)有封裝的LOW VF肖特基二極管進(jìn)行迭代開發(fā)，并且VF值表現(xiàn)更加優(yōu)秀，采用DFN1006微形封裝外形的RB0540D1，0.5A/40V VF@0.5A=0.46V，較業(yè)界常用 SOD-323 封裝外形的同類產(chǎn)品節(jié)省約 82% 的PCB占用面積和41%的高度空間。采用DFN1610-2L微形封裝外形的RB10U40FD與采用SOD-323封裝外形的RB10U40WS，較業(yè)界常用 SOD-123FL 封裝外形的同類產(chǎn)品節(jié)省約 76% 的PCB占用面積和50%的高度空間。以上三款產(chǎn)品在PCB占板面積和離板高度上占盡優(yōu)勢，滿足廠商設(shè)計(jì)纖薄產(chǎn)品的需求。
綜上所述，在電子系統(tǒng)更加高效、更低功率損?、更小占板空間的需求下，高特 2A 40V LOW VF 肖特基二極管 RB10U40FD 和 RB10U40WS 等兩款微形封裝且超低正向?qū)妷?VF)的肖特二極管，可成為電子工程師在功率轉(zhuǎn)換電路(DC/DC)中反向極性保護(hù) 或續(xù)流的設(shè)計(jì)首選之一。
可以看到，相較于傳統(tǒng)的SOD-123FL的封裝，SOD-323封裝的優(yōu)勢。而高特在SOD-323封裝上再次進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)出DFN1610-2L的封裝外形，相比SOD-123FL封裝減少76%的占板面積與50%的高度空間，體積僅有只有后者1/3左右。可用于磁吸充電寶等輕薄產(chǎn)品上。
高特LOW VF肖特基二極管的典型應(yīng)用，主要應(yīng)用在充電寶的逆向電源保護(hù)電路。可應(yīng)用在真無線耳機(jī)、智能手表、手環(huán)、智能眼鏡、VR、移能電源 (充電寶)、便攜式POS機(jī)、便攜式醫(yī)療儀器、便攜式媒體播放器、其它便攜式電子產(chǎn)品等產(chǎn)品上。
想更多信息可以聯(lián)系高特微電子或者高特半導(dǎo)體公司，注高特微公眾號 “高特微電子 Goaltop”，可以了解更多關(guān)于電子線路防護(hù)綠色能源解決方案。
以上是深圳市高特微電子有限公司的《USB Type-C靜電防護(hù)方案》的精彩演講。
充電頭網(wǎng)總結(jié)
充電寶作為隨身攜帶的儲能產(chǎn)品，本質(zhì)是為設(shè)備提供額外的電力支持，但隨著充電的性能越來越強(qiáng)，接口越來越豐富，兼容C口的產(chǎn)品越來越多，服務(wù)的對象從一開始的手機(jī)延伸到了現(xiàn)在的平板、筆記本、小型用電設(shè)備等。且越來越多的電子設(shè)備支持PD快充，也就意味著可以使用PD充電器和支持PD快充的充電寶為設(shè)備充電，滿足更多用戶的需求。
充電寶最重要的屬性依然是輕薄，因此充電寶里的每一個電子元器件都需要考慮其體積與重量，在一些空間有限的電子系統(tǒng)里更要求肖特基二極管的體積越小越好。而高特LOW VF肖特基二極管，相比傳統(tǒng)SOD-123FL封裝的產(chǎn)品，開發(fā)出SOD-323封裝的產(chǎn)品，甚至更迷你的DFN1610-2L封裝，且開發(fā)的產(chǎn)品VF值更優(yōu)秀。可以滿足更多充電寶廠商的需求。
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