大家好我是老梁在一家消费电子方案公司干了七八年的硬件开发。前阵子手头一个TWS耳机充电仓的项目把我搞得焦头烂额。原因很简单就是“不耐操”。产线测试没问题用户一用就出事特别是用那些杂牌充电头或者车载USB口的时候时不时就有返修机回来现象都是充电IC烧了甚至把电池充鼓包了。老板天天盯着良品率和售后成本那段时间真是压力山大。后来复盘发现罪魁祸首就是输入端电压的瞬态过冲和劣质适配器的高压。现在的用户哪管你什么5V标准电压拿起快充头就怼运气不好遇到个输出电压不稳的端口电压一上来就是十几伏后端的充电芯片根本扛不住。以前我们在乎的是充电电流够不够大PCB面积能不能再缩小一点。现在“可靠性”和“防护能力”被提到了前所未有的高度。为了解决这个痛点我开始深入研究“端口保护”也就是这篇文章想跟大家聊的IC——OVPOver Voltage Protection过压保护芯片。很多人问我端口保护OVP芯片到底该怎么选怎么用我就以实际项目为例结合我们目前使用的Hotchip方案聊聊我的看法。一、为什么你现在的电路急需一颗OVP芯片很多老工程师觉得我在输入端加个贴片保险丝、加个TVS管不就行了说实话以前功率小、5V/500mA的时代这么干确实能混过去。但现在的环境变了1、快充普及电压混乱QC、PD快充协议虽然智能但在协议握手前它输出的是默认的5V。如果握手失败或者充电头损坏9V、12V甚至20V直接灌进来你的5V系统瞬间就“炸”了。2、热插拔浪涌插拔瞬间产生的尖峰电压虽然时间短但能量足足以把芯片打穿。3、用户场景复杂车载USB环境、工业现场的电源波动极大。传统的分立式保护电路如保险丝稳压管反应速度是毫秒级的而且一旦烧断就要返厂维修。而OVP芯片的核心价值在于微秒级响应、自恢复、高耐压。简单来说OVP芯片就像是一个智能开关。我设定的电压门槛是6V输入一旦超过6V它在几百纳秒内直接“拉闸”断电管你后面是多高的电压统统过不去。等电压恢复正常了它再自动“合闸”。这就是最硬核的物理外挂。二、OVP芯片的实战应用不仅是“有”更要“优”市面上的OVP芯片很多但光有保护功能还不够。在TWS耳机、雾化器、智能穿戴这些“螺蛳壳里做道场”的产品里OVP芯片的应用必须解决“集成度”和“功耗”的问题。以前的做法是输入端放一颗单独的OVP芯片后面再放一颗充电管理芯片。两颗芯片加上一堆外围阻容PCB面积一下就上去。我们现在是怎么做的用合封芯片。我们目前量产的几个爆款方案里使用了Hotchip的芯片方案。他们的思路非常符合当下的设计潮流——将OVP与充电管理深度融合。这里我以两款实际在用的芯片为例讲讲具体的应用落地案例一TWS耳机充电仓与便携设备 —— HT4056H系列做TWS充电仓的兄弟都知道PCB板子寸土寸金电池越来越大留给电源管理的空间越来越少。而且耳机仓经常被用户随手塞进口袋口袋里棉絮、灰尘多端口静电防护要求高。我们在设计中选用了HT4056H。这颗芯片解决了我两个核心痛点1、双芯片合封省掉一堆外围HT4056H内部其实是一个“组合拳”——过压保护OVP芯片 充电管理芯片的二合一。以前我要画OVP电路要画充电电路还要考虑两者之间的阻抗匹配。现在一颗HT4056H搞定。输入耐压高达40V当输入电压超过6.5V左右时内部OVP逻辑瞬间切断后级电路稳如泰山。2、封装灵活散热无忧这个系列有TDFN-3×3和ESOP8封装。对于TWS这种小玩意用TDFN封装非常合适。而且底部有大面积散热焊盘充电电流跑到1A温升控制得很好不会出现那种“边充边发烫”的危险情况。应用小结在做USB数据卡、便携雾化器、TWS充电仓设计时我强烈推荐这种“OVPCharger”的二合一方案。它不仅是保护更是简化设计。BOM成本算下来比买两颗独立芯片还要便宜而且PCB布局更清爽走线难度降低不少。案例二雾化器与高集成消费电子 —— EC0059H如果说TWS耳机还能有空间塞两颗芯片那雾化器的方案就真的是“变态级”的苛刻了。雾化器的PCBA往往细长条甚至要弯曲贴合外壳。传统的雾化器方案是MCU控制容易死机还得单独配充电管。为了解决这个问题我们现在的方案采用了EC0059H。这颗芯片更绝它把OVP保护、充电管理、咪头检测、MOSFET放电开关全塞进了一颗DFN82×3mm的小封装里。ASIC硬逻辑不死机以前用MCU方案最怕静电或者电压波动导致程序跑飞客户抽的时候没反应或者一直在加热。EC0059H是硬逻辑设计根本没程序跑飞这一说可靠性上了几个台阶。38V耐压OVP雾化器用户有时候会用快充头充电端口电压稳定性差。这颗芯片的OVP峰值耐压做到38V以上直接把输入端“防傻”能力拉满。边充边放Power Path这也是我们看重的一点。它支持边充边放充电的时候用户想抽一口它能瞬间切换供电通路用户体验非常流畅。应用小结对于雾化器、智能穿戴、甚至是简单的IoT传感器这种ASICOVPCharger的三合一甚至N合一芯片是未来的趋势。不仅降低了贴片成本一颗代替三四颗还极大提高了整机的抗干扰能力和可靠性。三、OVP芯片选型我主要看哪几个硬指标基于这几款芯片的应用总结一下在端口保护选型时我觉得工程师必须关注的几个参数这也是评判一颗OVP芯片好坏的关键1、输入耐压绝对最大值这不是工作电压是“能扛住不死的极限”。比如HT4056H的40V耐压意味着即使发生异常它像是一堵墙把高压挡在外面。选型时这个值越高你的售后越少。2、OVP阈值精度与响应时间说好6V保护如果6.8V才动作后级可能已经挂了。阈值控制很准一般在6.0-6.5V左右响应时间在微秒级甚至纳秒级非常灵敏。3、导通内阻RonOVP芯片串联在电源路径里内阻一定要小否则充电慢芯片自己还发热。好一点的OVP内阻都在几十毫欧级别如某些系列的58mΩ甚至更低压降几乎可以忽略不计。4、架构形式是纯OVP还是OVPCharger还是ASIC整体方案根据产品定位来。如果是高端旗舰机为了可靠性直接上高集成度的合封芯片准没错。四、总结我的实战建议回过头看“端口保护OVP芯片如何应用”这个问题我的看法是不要为了加保护而加保护要把保护变成系统的一部分。现在不是那个一颗LDO打天下的时代了。用户的用电环境极其恶劣各种山寨充电头、工程车电瓶、笔记本USB口……你不知道用户会把你的产品插在什么鬼东西上。在OVP应用上的思路我觉得很接地气。他们没有让你去搭建复杂的保护电路而是通过合封技术Co-packaging把OVP“润物细无声”地融入到充电管理甚至是主控芯片里。给工程师同行的建议如果你在做Type-C接口的便携设备别省那一块钱的成本用HT4056H这种自带OVP的充电芯片。它会让你省去大量售后解释的精力。如果你在做雾化器或极简设备直接考虑EC0059H这种全集成的ASIC方案。现在市场卷得厉害谁能在保证不“炸”的前提下把板子做得更小、更稳定谁就能吃肉。如果你在做单纯的端口保护板选一颗独立的纯OVP芯片重点关注内阻和封装确保大电流通过时温升可控。总之端口保护不仅仅是加一颗TVS管那么简单。主动式OVP芯片的应用是现代电子产品从“功能机”走向“智能机”在电源安全领域的必经之路。选对了OVP方案产品也就穿上了“防弹衣”希望小编的分享对大家有所帮助。