手机USB充电和过压保护设计方案

外，对于MOSFET而言，由于它需要频繁地进行开关操作，所以其发热成为一项问题，并且由此影响到它的使用寿命。而在采用双FET的方案中，MOSFET器件所具备的热感应等额外功能可以建立热控制环路，支持快速高效的充电方案和热保护。

　　而在用双FET作为充电功率元件进行500 mA甚至1，800 mA的大电流充电时，需要注意到许多设计考虑事项，如器件温度、温度的计算过程容易出错等。不过，就近的节温度传感器可以改正部分错误，且准确的温度调节可以实现高效的充电解决方案。此外，还需要针对性地进行设备热模拟和温度感应FET评估等工作。

　　总的来看，在选择 MOSFET 作为电池充电电路的充电功率元件时，我们应注意其电流额定值、击穿电压、栅极阈值及热性能等。我们可根据不同的 PMIC/PMU 和设计目标，采用不同的配置。

　　有效的过压保护解决方案

　　根据YD/T 1591-2006标准，手机侧充电控制电路应具备过压保护装置，也就是在手机充电接口导入直流6 V以上电压时，如果不能保证安全充电，应启动保护，在非预期电压的情况下，不应出现过热、燃烧、爆炸以及其它电路损坏的现象，而且恢复后，手机应能正常工作。如图4所示，过压保护（OVP）电路在检测到过压故障状况时，检测电路就会将开关打开，使电子负载与电源断开，从而使得包括微处理器、射频、存储器和电源管理器件等核心芯片遭受过压损伤。

　　图4 过压保护电路启用的原理示意图

　　在为手机充电电路提供过压保护方面，即有分立的解决方案，也有集成的解决方案。在分立式解决方案方面，其中之一就是考虑到远高于6 V的电压情形，如静电放电（ESD），其瞬间的应力电压可能高达几千伏甚至十几千伏，这种情形下，可以施加瞬态电压抑制器（TVS）二极管，以此处理瞬变极快的过压故障。在这方面，安森美半导体的TVS二极管就非常适用。例如，在击穿电压为6.2 V时，安森美半导体的ESD5Z5.0T1.G能在几纳秒时间内就对符合IEC61000-4-2标准的高达30 kV的输入电压进行钳位，且钳位电压可高达11.6 V，从而为系统中的关键元件提供可靠的ESD保护。

　　另一种分立型解决方案就是将OVP驱动器与外部P-MOS配合使用。安森美半导体的NCP346就是这样一个适用的驱动电路，它能够承受高达30 V的瞬态电压。这器件设计用于感测过压状况，并快速地从负载断开输入的电压，从而防止造成损伤。NCP346包含精确的电压参考、磁滞比较器、控制逻辑以及MOSFET门驱动器。搭配OVP驱动器与外部P-MOS时，其优点在于精度高、支持Enable引脚，且下游系统可与AC-DC完全分离。但它也有其缺陷，如电流消耗高及解决方案尺寸较大等。

　　除了这些 分立的解决方案，安森美半导体还推出了全集成的OVP解决方案。这也包括两种解决方案，其中一种是针对插墙式AC-DC适配器充电为手机提供高达2 A的电流和高达28 V的故障瞬态电压的保护，在这方面，安森美半导体的NCP348就是非常适合的选择。NCP348支持的墙式适配器和USB充电电流和电压可分别高达2 A和28 V。它支持Enable和Status /FLAG引脚，并支持6.02和6.4 V的不同过压锁定（OVLO）值。其它的优点包括下游系统可与AC-DC完全隔离和精度高等。此外，它采用极小的2×2.5 mm WDFN封装，非常适合小巧的便携应用。不过，这种方案也有其不足之处，也就是在500 μA电流的休眠模式下，不符合USB规范。这种情况下的解决之道就是采用NCP360和NCP361过压保护电路。NCP360是一款带内置PMOS FET和状态标记的USB正向过压保护控制器，它能够在检测到错误的VBUS工作条件时从输出引脚断开系统连接。这器件能够高达20 V的正向过压保护。由于集成了内部PMOS FET，无需外部元件，从而降低了系统成本，并减少了电路板占用面积。此外，在旁路设置一个1 μF或更大的电容时，这器件还能够提供ESD保护输入（15 kV空气放电）。NCP361则是一款正向过压保护和过流保护控制器。它不仅能够在检测到输入电压超过过压阀值时瞬时断开输出连接，而且得益于其过流保护能力，其集成的PMOS将在充电电流超过电流限制时关闭。

　　图5 集成式OVP解决方案NCP348的应用电路示意图

　　另一种方案针对的就是通过USB端口（VUSB引脚）来充电。这种方案的充电电流为100 mA或500 mA，休眠模式下的电流为500 μA（NCP360和NCP361）或100 μA（NCP348）。

对于过压而言，为了避免造成损伤，过压保护器件的关断时间必须尽可能地快。值得一指的是，无论是NCP360还是NCP348，与同类产品相比，其关断时间都更短。以NCP348为例，它最长需要5 μs的关断时间，而在3 V/μs 条件下，一般只需要 1.5 μs。而NCP360最长只需要1.5 μs