
图3.从波形可以看出,若输入电容只有0.1µF,输入电压会上冲到一个潜在的破坏性高压。
当然电压不会上冲到66V理论计算值,这是因为芯片内部集成了齐纳保护管,可以钳制电压的上升,并可能由于吸收能量而被损坏。发生过压的过程中,额外的能量被硅片吸收。下面的图4是图3的时间展开图。

图4.图3的时间展开图,注意到开关关断期间较高的di/dt变化率,部分存储能量已经送至输出端!这将损坏USB开关。
从图4可以看出,对于相同电路,较大的输入旁路电容可以更好地应对硬件短路造成的寄生能量,从而提供额外保护。通常,带有地层的印刷电路板(PCB)比测试当中的引线或实验室中其它连接具有更小的寄生电感。在实验室做测试时,降低连接线和测试设备的寄生电感非常困难。
输入电感限制峰值电流图5所示,即使存在高达1.3µH的输入引线电感,如果使用10µF的旁路电容,器件仍然可以免于损坏。

图5.此波形显示了输入长引线产生的寄生电感较大(1.3µH)时的情况,同样使用10µF输入旁路电容。注意:输入电流的上升和下降比较缓慢。当输入电压超过8V时,器件也会发生齐纳击穿,电流被泄漏到输出端(可以由波形图中的IOUT看出),但开关不会损坏。
从图5可以看出,较大的电感减缓了输入电流的上升、下降速度。这一点很重要,电感较大时电流的变化速率大大降低。因为存储在电感内部的能量与电流平方成正比,与电感成正比关系,较高的峰值电流会存储更多的能量。存储在1.3µH电感的能量仅为419µJ:
125µJ+419µJ=544µJ
并且
½×10µF×V²=544µJ
由上式求解V,得到:V=10.43V。
虽然器件在这硬件短路时幸免于难,但仍推荐选用一个更大的输入旁路电容,以限制最大电压,使其低于数据资料中规定的极限参数。
如果设计中没有考虑存储在寄生电感中能量,USB器件可能由于过压而造成损坏。图5所示,输入电感可以是峰值电流的限制因素,从图2可以看出电阻也可以限制电流。如果电流被限制在导致器件损坏的电平以下,较低的电感有助于改善电路的安全工作。
如果电流没有得到应有的限制,能量在低电感情况下释放可能迅速达到破坏性水平。需要特别注意避免这种情况的发生。图2所示电路中,电流由0.1Ω电阻限制。虽然减小电感后会使电流的上升速度提高,如果采取适当的限流措施,较小的电感有助于降低储能。
大多数PCB设计在保护开关以及输入输出路径下方都有一个地层,电感通常远远低于180nH。对于下方有地层的1/16英寸宽的PCB走线,每英寸长度大约会产生10nH电感。应根据具体应用环境,确定所需要的输入旁路电容。从电感的测量、分析结果看,可能需要更大的旁路电容来保证系统的可靠性,也有可能允许降低输入旁路电容。
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