在熱插拔和關斷事件中如何保護 USB Type C 電源開關

       然而，當電壓尖峰超過其限值時（如圖1所示），Type C電源開關需要保護，例如USB熱插拔操作，可能會導致電路板和電纜電感與輸入電容相互作用，產生超出內部控制電路允許的高電壓。另一種情況是出現故障時的高峰值電流。在這種情況下，快速關斷使輸入電纜電感與輸入電容產生諧振，產生高輸入振鈴電壓。對於這種情況，足夠的輸入電容可以減緩振鈴頻率並降低振鈴電壓。在兩種情況下，都可以通過使用足夠大的輸入電容、適當的元件布局和瞬態電壓抑制器（TVS）來控制或消除過電壓。

      在AOZ132xDI/9xDI控制器中，VIN引腳內置了ESD二極體，用於靜電保護（IEC 61000-4-2標準）。該內置ESD二極體不能用於浪涌電流保護（IEC 61000-4-5標準），不能承受大的浪涌電流。因此外部TVS二極體對於承受浪涌電流至關重要，以確保在關斷和熱插拔事件期間產生的浪涌不會向內部ESD二極體注入大電流。 

圖3 在1A負載下，不外加TVS, 不同VIN電容（22pF、0.1μF和2.2μF）時的VIN尖峰和關斷

       表1列出了適用於不同應用的推薦輸入電容和瞬態電壓抑制二極體（TVS）組合。不同的設計和系統具有不同的負載峰值電流。用戶需要估計負載的最大峰值電流以進行CIN和TVS的選擇，並確保在最大峰值電流估計時留有餘量。如表1所示，與Type C連接相比，棒狀電纜連接需要更小的輸入電容。此外，TVS二極體必須承載大部分的浪涌電流。因此，TVS二極體需要確保VIN引腳的鉗位電壓有足夠的餘量。對於Type C型電纜的輸入電容可以允許更大的浪涌電流通過，因此可以使用較小尺寸的瞬態抑制二極體來限制電壓，並且所需的浪涌電流更小。

 表1 適用於桶形和Type C電纜應用的兩條建議

1. TVS的選擇應考慮在負載峰值電流時的最大VCL（鉗位電壓）小於30V。
2. AOZ13929在封裝中集成了TVS二極體。對於直徑小於15 A的卷線電纜負載峰值電流，只需使用0.1μF/50 V電容。對於Type C電纜，推薦使用2.2μF/50 V電容，最大電流為20 A。

      表1適用於Type C型電纜，電流較小（即小於7A）的情況。對於這種情況，僅在熱插拔事件時需要TVS。在此情況下，只需使用小型TVS對插頭處的電壓進行鉗位，確保浪涌電壓低於內部ESD擊穿電壓（例如AOZ1327的擊穿電壓為30V）。對於一些負載峰值電流較小的客戶，他們的應用中沒有熱插拔事件，因此TVS二極體對他們來說是可選的。

      為了確保安全操作，輸入電容CIN和瞬態電壓抑制二極體（TVS二極體）的放置對於抑制輸入尖峰電壓至關重要。作為圖4所示的是一種用於指導不同組件放置的推薦布局。為了提供最佳保護，應儘可能將輸入電容和瞬態電壓抑制二極體靠近IC的VIN和GND引腳放置。如果GND引腳遠離VIN引腳，則如圖4所示，使用大面積平面以最小化跡線阻抗。如果頂層已被占用並且無法放置大面積平面，則應使用足夠的過孔（更多的過孔以最小化阻抗）將VIN和GND引腳連接到內層，然後將它們連接到CIN和瞬態電壓抑制二極體的焊盤上。確保寬短平面將它們連接到VIN引腳和地。對於暴露的封裝焊盤，如圖4所示，應放置足夠的過孔以確保良好的熱耗散和低電連接阻抗。