檳城電子│智能手持式POS機的EOS防護

        EOS（Electrical Over Stress）電氣過(guò)應力，是元器件常見(jiàn)的損壞原因，其表現方式是過(guò)壓或者過(guò)流產(chǎn)生大量的熱能，使元器件內部溫度過(guò)高從而損壞元器件（大家常說(shuō)的燒壞），是由電氣系統中的脈沖導致的一種常見(jiàn)的損害電子器件的方式。

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

問(wèn)題描述:

        某客戶(hù)的智能手持式POS機，使用的是USB口作為整機的電源輸入口，在使用過(guò)程中，經(jīng)過(guò)數次帶電拔插，設備就不能開(kāi)機了，電源輸入異常。拆機，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(hù)擔心實(shí)際使用過(guò)程中會(huì )存在應用風(fēng)險。故，提出EOS滿(mǎn)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接口輸入端有三級防護，初級是一個(gè)ESD類(lèi)的防護器件，后級還有一個(gè)OVP防護器件，兩級之間沒(méi)有做退耦器件。查相關(guān)規格書(shū)，OVP的通流較小，為5A。前級ESD通流相對較大點(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，去除前級的TVS后，通電后2#設備正常運行。

處理措施:

        由以上測試結果，產(chǎn)品基本問(wèn)題摸清楚了，OVP的抗過(guò)電流能力不足，熱拔插會(huì )導致短路失效，在EOS測試時(shí)，前級防護TVS只能滿(mǎn)足70V的浪涌測試，不能滿(mǎn)足客戶(hù)提出的200V的EOS測試需求，為此，我司建議客戶(hù)使用BV-FE05ZA，該器件單體可以滿(mǎn)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(guò)以上的測試數據，在增加了BV-FE05ZA后，客戶(hù)產(chǎn)品能滿(mǎn)足EOS200V 的測試要求。

思考與啟示:

        通過(guò)以上的測試、整改，我們可以了解到：

        ■ OVP芯片確實(shí)是有過(guò)電壓防護功能，但選型不正確、安裝位置不對會(huì )造成器件損壞，影響系統工作。該產(chǎn)品在設計時(shí)，存在設計的缺陷，將OVP芯片與TVS直接并聯(lián)，中間沒(méi)有退耦器件，屬于安裝位置不正確的表現。當有過(guò)電流時(shí)，沒(méi)有前級的退耦器件，OVP的相對脆弱，導致?lián)p壞。

        ■ 在USB標準協(xié)議的擴展，供電電流的不斷加大，由原來(lái)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USB端口的抗干擾能力要求也就越來(lái)越高，普通的ESD器件已經(jīng)不能滿(mǎn)足現有的防護要求，所以，在電子產(chǎn)品的設計時(shí)，應該將相關(guān)的應力等級提高，不能局限于現有的標準中。為應對這些新興的、特殊的應用場(chǎng)合，我司推出的BV-FE05ZA能完美的解決這個(gè)問(wèn)題。