如何避免EOS发生？这些特别的设计给你指点迷津

图13 输入端加入100μF/25V电解电容，可降低IC损毁风险。

电源IC输入端EOS两大产生原因

除了热插拔造成的冲击以外，还有其他一些状况可能造成电源IC输入端受到EOS的攻击：

USB输出端短路测试造成USB开关输入端损毁

图14显示的是一个典型的USB开关的应用电路图，有一个1μF的去耦电容放在靠近IC输入端的地方，电容前面有大约10公分的铜箔路径将它和5V主电源连接起来。

图14 USB应用电路示意图

USB埠都须要进行短路测试，这个测试通过一个开关来类比，IC须要在侦测到短路以后快速将其MOSFET开关关断。从图15中的实例可以看到，MOSFET开关关断的动作是有延时的，因而会有一个短时大电流流过IC之后关断才会发生。由于输入线有电感存在，此电感和输入端去耦电容C2会一起发生谐振，因而可在示波器上看见输入端出现了高压脉冲，这很可能超过IC的最高耐压能力并将其损毁。

图15 加入电解电容可有效控制电压峰值。

为了解决这样的可靠性隐患，用于热插拔风险防范的类似措施可以被纳入考虑范围，因此我们要在电路中加入类似电解电容的RC抑制电路。抑制电路的参数计算方法是类似的，我们可以利用开关关断过程的dI/dt计算电容的值。实际上，一个47μF的电解电容就可以将电压峰值控制在大约6V上，见图15所示。

立锜科技旗下全新的USB功率开关系列产品如RT9742已经考虑到上述的短路问题，大大缩短了对短路状态的检测时间，可以避免在短路测试时出现大电流。如图16所示，虽然输入电容仍然只有1μF，但IC输入端在测试时仍然处于安全区间内。

图16 新款USB功率产品可缩短短路检测时间。

Buck转换器反向偏置问题

工作在强制PWM模式下的Buck转换器如RT7285C在经由输出端反向偏置时会表现出Boost转换器的行为。假如转换器的输出端由高于预设输出电压的外部电源供电时，IC内部的下桥MOSFET会从输出端吸入电流，再与上桥MOSFET一起形成一个Boost转换器。如图17所示，该电路的输出端就由一个缓慢上升的5V电源供电，它的输入端电压将上升并最终将其ESD单元击穿。

图17 Boost转换器输出端由高于电压外部电源供电时，易将ESD单元击穿。

像这种电源反向偏置的情况并不经常发生，但在存在电池的系统中就很容易出现。又假如在某些设计中使用了动态电压调节技术(通过回馈网路对输出电压进行调节)，如果输出电容很大，又恰好遇到了输出电压的设定突然变低，Boost的动作就会发生了。

运用两段式降压方案降低回馈网路高阻抗

两段式降压方案通常含有一级高压元件将电压降低到低于5V的电压，这样就可以用最高额定工作电压为5.5V的元件作为第二级来使用，它可能会再为系统提供一个更低的电压轨。在图18中，第一级采用17V的电流模式Buck转换器RT8297B将12V的电压转换为3.3V，低压差线性稳压器RT9193-25再从3.3V转出2.5V。

图18 Buck转换器电压转换示意图

RT8297B是采用内部补偿的Buck转换器，回馈电阻R1的值对误差放大器的增益会有影响，它必须被适当选择以得到合适的交叉频率。在此例中，输出电容是一只22μF的电容，这样就需要很高的R1值来维持稳定的工作，而高阻值的R1就导致了高阻抗的回馈网路。在通常情况下，这算不上一个问题，除非使用者用手去触碰回馈网路，或者是遇到PCB存在漏电状况，这时候的FB端就会受到干扰，导致输出电压的提高，严重的情况下就会导致线性稳压器的损坏。

有些电路设计者会故意用手去触碰以完成自己的测试，他们通过用手指触碰PCB上的不同位置来看会不会有电压抖动的现象，从而发现走线或是高阻的敏感位置。ACOT架构的Buck转换器或使用GM型误差放大器的电流模式转换器对回馈网路的阻抗就不太敏感，可以在这样的应用中予以采用。

输入电压过应力为造成电源IC损坏主要原因

电源IC的损坏经常是由于输入电压过应力造成的，这在电源热插拔导致出现过高电压尖峰或由线路电感和低ESR陶瓷电容形成谐振时就会发生。当电源IC输入端的ESD单元遇到超过其能量承担水准的冲击能量时就会被损坏。造成IC损坏的EOS能量通常要比正常的人体模式(HBM)ESD能量高好几倍。当ESD单元被损坏的时候，作为其承载体的矽晶圆也会受到伤害。在大多数情况下，承载体的损坏会直接导致功率级的不正常运作，引起直通短路、功率级烧毁等问题。

具有折返特性的ESD单元在被触发以后可能保持在低于工作电压的电压上，这会在被触发之后立即导致大电流的出现。由于热插拔事件和电源线上的谐振效应都会将电压尖峰引入IC输入端，因而在电源设计过程中必须对这样的瞬态过程