如何避免EOS发生？这些特别的设计给你指点迷津

自举电路开始工作造成的，我们在这里应该将其忽略掉。在电源电压出现尖峰期间进入IC的电流峰值出现在IC的ESD单元被击穿的时候。

电流尖峰的持续时间大约为1.8μs，在失效前通过ESD单元的能量大约为0.6A*1.8μs*29V=31μJ，比2kV人体模式ESD脉冲带来的能量多5倍以上。

如上例，IC处于工作状态下遇到这种输入电压过应力时对ESD单元带来的损伤将会大很多，这是因为没有限制的输入电流将导致更高的电流水准，而由此导致的功率级的功能错误也会带来更严重的损害，通常会导致电源贯通，并将MOSFET完全烧毁。

不同类型ESD单元的击穿特性

根据不同的IC制程和设计，ESD单元的类型也是不同的，它们各自具有独特的个性。PNP型ESD单元可将击穿电压点钳制在相对固定的电压上，其表现与齐纳二极体相当。这种类型的ESD单元常用于DC-DC转换器的输入端保护。

单向可控矽整流器(SCR)型的ESD单元在击穿后会被钳制在很低的电压上，表现出强劲的折返特性；NPN型的ESD单元在击穿以后也表现出折返特性，但其保持电压与SCR型ESD单元的保持电压相比要高很多。

ESD放电过程是一个电流受限的短时过程，因而SCR和NPN类型的ESD单元对高压敏感电路的ESD保护是很有效的，因为它们都具有很低的保持电压。但当这些类型的ESD单元在有直流电源载入的场合被触发时，它们所具有的低维持电压如果低于外加的直流电压就会导致高输入电流，从而立即造成灾难性的损毁。

以RT8470为例，该产品是一款老旧的Buck架构LED驱动器，它的输入端ESD单元就是SCR类型的。当该产品ESD单元被出现在输入端的短脉冲触发的时候，其中的SCR就会被锁定住，看起来就是其输入端和地之间被短路了(图7)。

图7 当SCR型ESD单元被触发时，电源供应器就相当于短路。

消除热插拔期间电压尖峰的措施
前文已经解释过热插拔期间电压尖峰发生的原因，图8将与输入电路有关的参数表达了出来：电源供应器的内阻Ri，电源传输线的电感Lwire和电阻Rwire，具有低ESR的输入电容。

图8 热插拔产生原因之电路参数图

有多种方法可以降低热插拔期间的电压振铃讯号的幅度：

方法1：大多数电源供应器是使用了很大的输出电容的开关模式电源适配器，这种电路的输出阻抗很低，遇到热插拔事件时可以快速生成大电流。如图9那样增加一个共模电感和一只ESR比较高的小型电解电容，适配器的输出阻抗就会增加，谐振过程会受到抑制。

图9 增加一个共模电感/ESR较高电容器，可抑制谐振过程。

方法2：使用较小线径的适配器电缆来增加电缆的阻抗。为达成好的谐振抑制效果，电缆的阻抗应该大于0.3Ω，其坏处是电缆上的压降会增加。

方法3：增加电缆两条线间的耦合程度。两线间更好的耦合可以形成相反的磁场，这对谐振的抑制有帮助。图10显示了对75cm长、规格为18AWG的同轴电缆的类比，根据漏感测试的结果，两线间的耦合度大概为0.8。

图10 75cm/18AWG同轴电缆类比测试示意图

通过使用不同类型的电缆进行测量，可以确认耦合良好的线对谐振过程会有更好的抑制效果，相应的热插拔过程所导致的电压尖峰也更低(图11)。

图11 不同电缆进行测量对谐振过程会有不同的抑制效果。

方法4：由LC电路形成的谐振可以通过给输入电容并联一个RC电路进行抑制，RC电路的参数可用下述方法进行计算：

RS的计算公式：。其中LP是电缆的电感量，CIN是系统的输入电容，ξ是希望的抑制系数。

在前述的热插拔案例中，LP大约是1.5μH，CIN在12V时为9μF。当我们选择良好的抑制效果(ξ=1)时，RS=0.2μ。抑制电容CS的值必须足够大以避免它在热插拔造成的电流脉冲出现期间被过度充电，其电压增量VC=IC*1/ωC，其中的ω是LP和CIN的谐振频率(测量资料大约是40kHz)。由于电流脉冲的幅度是35A，要想使充电造成的电压增量小于2V，我们需要电容的值大于70μF。

在加入100μF和0.2Ω的RC电路后，针对上述的热插拔案例再次进行模拟模拟，我们可以看到谐振被完全抑制住了，电压的过冲低于2V，如图12所示。

图12 加入100μF/0.2Ω之RC电路测试图

在实作中，RC抑制电路可以很容易地通过使用一只100μF/25V的电解电容实现，它需要和陶瓷输入电容并联在一起。之所以这么简单，是因为大多数100μF的电解电容在100kHz频率下有大约0.2Ω的ESR。在图13中的右侧电路就在输入端加入了100μF/25V电解电容，热插拔试验表明其输入端的过冲会被完全抑制掉，不会有损毁风险再出现在IC上。

图13 输入端加入100μF/25V电解