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檳城電子│智能手持式POS機(jī)的EOS防護(hù)

        EOS(Electrical Over Stress)電氣過應(yīng)力,是元器件常見的損壞原因,其表現(xiàn)方式是過壓或者過流產(chǎn)生大量的熱能,使元器件內(nèi)部溫度過高從而損壞元器件(大家常說的燒壞),是由電氣系統(tǒng)中的脈沖導(dǎo)致的一種常見的損害電子器件的方式。


        由于USB接口的廣泛應(yīng)用,充電協(xié)議的擴(kuò)展,USB接口的優(yōu)勢得到了新的發(fā)展空間。在現(xiàn)階段,USB接口在手持式電子產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用。


問題描述:

        某客戶的智能手持式POS機(jī),使用的是USB口作為整機(jī)的電源輸入口,在使用過程中,經(jīng)過數(shù)次帶電拔插,設(shè)備就不能開機(jī)了,電源輸入異常。拆機(jī),測量USB電源兩端為短路,查出為OVP芯片短路所致。由于去除了OVP器件,客戶擔(dān)心實(shí)際使用過程中會(huì)存在應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。故,提出EOS滿足200V的測試要求。


原因分析:

        產(chǎn)品電路圖如下(原電路圖),該USB接口輸入端有三級(jí)防護(hù),初級(jí)是一個(gè)ESD類的防護(hù)器件,后級(jí)還有一個(gè)OVP防護(hù)器件,兩級(jí)之間沒有做退耦器件。查相關(guān)規(guī)格書,OVP的通流較小,為5A。前級(jí)ESD通流相對(duì)較大點(diǎn),為100W,折算成8/20μs的電流,約為13A左右。

▲原電路圖


        為了摸清實(shí)際各個(gè)器件的通流能力,我們做了一組原方案的摸底測試:



        拆機(jī),去除前級(jí)的TVS后,通電后2#設(shè)備正常運(yùn)行。


處理措施:

        由以上測試結(jié)果,產(chǎn)品基本問題摸清楚了,OVP的抗過電流能力不足,熱拔插會(huì)導(dǎo)致短路失效,在EOS測試時(shí),前級(jí)防護(hù)TVS只能滿足70V的浪涌測試,不能滿足客戶提出的200V的EOS測試需求,為此,我司建議客戶使用BV-FE05ZA,該器件單體可以滿足EOS 280V@140A的測試要求,另一個(gè)特點(diǎn)是該器件的殘壓非常小,在IPP=100A時(shí),其VC是小于10V的,封裝體積也非常小,封裝為DFN1006封裝,那么,該器件在板子上實(shí)測效果又如何呢:



        通過以上的測試數(shù)據(jù),在增加了BV-FE05ZA后,客戶產(chǎn)品能滿足EOS200V 的測試要求。


思考與啟示:

        通過以上的測試、整改,我們可以了解到:

        ■ OVP芯片確實(shí)是有過電壓防護(hù)功能,但選型不正確、安裝位置不對(duì)會(huì)造成器件損壞,影響系統(tǒng)工作。該產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí),存在設(shè)計(jì)的缺陷,將OVP芯片與TVS直接并聯(lián),中間沒有退耦器件,屬于安裝位置不正確的表現(xiàn)。當(dāng)有過電流時(shí),沒有前級(jí)的退耦器件,OVP的相對(duì)脆弱,導(dǎo)致?lián)p壞。


        ■ 在USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的擴(kuò)展,供電電流的不斷加大,由原來的500mA、800mA、1A,發(fā)展到至今24V,2A了,由于輸入電流增大,熱拔插產(chǎn)生的干擾能量也越大,對(duì)USB端口的抗干擾能力要求也就越來越高,普通的ESD器件已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的防護(hù)要求,所以,在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該將相關(guān)的應(yīng)力等級(jí)提高,不能局限于現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中。為應(yīng)對(duì)這些新興的、特殊的應(yīng)用場合,我司推出的BV-FE05ZA能完美的解決這個(gè)問題。




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