- 介紹安森美配合移動設備不同充電應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)
我們把普通墻式適配器或USB充電適配器到移動設備電池的通道稱為直接充電通道，而把移動設備電池到外部附件(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)。
安森美半導體身為全球領先的高能效、高性能半導體方案供應商，針對移動設備不同的充電應用提供結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，具有低導通阻抗，符合USB1.1/2.0電流消耗要求，具有快關閉時間，支持軟啟動，并為客戶提供完整的技術支持。
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通阻抗(典型值65 mΩ)，具有極短的關閉時間(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，為移動設備提供強大的正向過壓保護功能。此外，安森美半導體還為墻式適配器充電保護提供結合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備充電應用提供可靠的保護方案。
NCP370為移動設備電池充電/供電通道提供雙向保護
移動設備的直接充電通道面臨著浪涌電流效應和正/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備中敏感的集成電路(IC)。在這方面，設想的移動設備保護方案應可通過控制保護方案內(nèi)的MOSFET的導通，使移動設備輸入電流和輸入電壓不超過IC所能承受的電壓值，從而保護移動設備免于源自各種應用環(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：安森美半導體的正/負向OVP和反向OCP器件NCP370的功能模塊圖。
安森美半導體的NCP370是實現(xiàn)上述保護方案設想的業(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，輸出就會被關閉。NCP370集成了兩顆典型值為130 mΩ的低導通阻抗(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。控制第1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：安森美半導體NCP370的典型應用電路圖。
在反向供電通道保護方面，兩個NMOS構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），過流保護的限流設定還可通過外部電阻來調(diào)節(jié)。此外，NCP370集成的NMOS的導通阻抗極低，使由于導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想保護解決方案的全部特征。對于設計人員而言，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為移動設備USB 2.0應用提供OVP、OCP、和ESD保護除了NCP370這樣的新器件，迄今為止，設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備，使其免受源于USB主設備(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，以保護移動設備。
安森美半導體的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)關斷內(nèi)部MOSFET，使VBUS鏈路開路。如果某些特定應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響應速度都非?？欤湫完P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：
手機、數(shù)碼相機等移動設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。設計人員需要結合不同的應用要求來設計充電/供電保護方案。安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效半導體方案供應商，提供豐富的過壓保護器件，在OVP的基礎上結合不同保護特性，滿足設計人員的不同應用需求。本文簡要介紹了安森美半導體的過壓保護方案，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備充電應用的保護需求，幫助設計人員選擇適合的保護器件。安森美半導體還為客戶提供完整的技術支持和客戶服務，幫助他們在市場競爭中占據(jù)有利位置。
供稿：安森美半導體
