通过USB连接器保护电源和充电器件安全

在图3的案例2中，输出电容已被移除。这样，当OVP器件输入端出现快速输入瞬态现象时，旁路元件将保持开路。这时可以在输出端观察到过冲，这个过冲可能会损坏连接至OVP输出端的电子元器件。为了解决这个问题，必须在输出引脚上连接一个输出电容，并尽量靠近OVP器件摆放。

由于源极和漏极之间存在PMOS寄生电容，在输入脉冲期间正电压电平将被传递，从而在PMOS驱动器唤醒期间维持一个比门电位更低的电压(电容填充)。1个1μF的陶瓷电容足以解决这个问题。见图3中的案例1。

另一个要点是过压阀值的定义。过压锁定(OVLO)和欠压锁定(UVLO)阀值由发生欠压或过压事件时切断旁路元件的内部电容所确定。OVLO电平必须高于Vbus最大工作输出电压(5.25V)加上比较器的滞后电压。同样，UVLO参数的最大值必须低于系统中第一个元件的最大额定电压。通常OVLO的中心位于5.675V，能够有效保护下游系统，使其承受6V的电压，而Vusb纹波电压可达5.25V。此前的文章(参考资料1)中提供了更详细的资料，也提供了与墙适配器电源兼容的OVLO和UVLO参数值。

在设计OVP部分时，鉴于驱动关键电流的内部MOSFET的原因，不应忽视散热问题。大家已经明白为什么建议这类保护使用PMOS(低电流消耗)，而且由于PFet比NFet拥有更高的导通阻抗(Rdson)，必须优化热传递，以避免热能损坏。根据应用所需的功率，建议采用具有裸露焊盘的封装(如NCP360 μDFN)。器件数据手册中提供了RθJA图表，也可以联系安森美半导体销售代表了解进一步信息。

几种不同的保护等级

正如"电气特性和防护措施"小节所述那样，浪涌电流是造成器件电气损坏的根源之一，需要采用OVP器件来克服这一问题。为了避免任何类型的浪涌行为，OVP器件中通常都包含了软启动顺序。这个特殊顺序贯穿于PFet门的逐渐上升过程中，见图4。

图 4：克服浪涌的OVP器件的软启动过程。

即便出现Vusb或墙适配器快速输出上升(热插)，在器件的Vout端也观察不到电压尖峰，这得益于4ms的软启动控制。这种保护的最关键特性是能以最快速度检测到任何过压情况，然后将内部FET开路。

OVP器件的关闭时间从突破OVLO阀值开始算到Vout引脚下降为止。NCP360尽管消耗电流极低，但具有极快的关闭时间。

典型值700ns/最大值1.5μs的关闭时间使得该器件成为当今市场上一流的器件，如图5所示。

图5：NCP360具有极快的关闭时间。

为了提供更高的保护等级，这些器件中可以加入过流保护(OCP)特性。通过提供这种额外的功能模块，充电电流或设备的负载电流不会超过内部编程好的限定值。为了符合USB规范，而瞬态电流又可能高达550mA，因此电流极限必须高于这个值。这个功能集成在更先进的型号NCP361之中。这两款产品都提供热保护功能。

解决方案

考虑到USB广泛应用于两个器件之间的通信，而且从现在起，还要为锂离子电池充电，平台制造商都会在设计中集成USB连接器。安森美半导体公司提供的NCP360和NCP361能够同时提高电子IC和最终用户的安全性。这些完全集成的解决方案符合USB1.0和2.0版规范，电流消耗非常低，而且具有实际市场上最快的关闭时间性能。

为了覆盖满足中国新充电标准的大多数应用要求，安森美半导体公司提供了多种不同的OVLO型号。其OVP或OVP+OCP版本可以提供μDFN和TSOP5两种不同封装，后者在解决方案成本和热性能方面具有折衷性能。