USB Power Delivery 3.1 的保护方案

图一 、USB PD3.1 ESD/EOS防护元件。晶焱

USB-IF协会发布了USB PD3.1快充协议标准，其中有关供电能力的内容，快充协议中分别定义标准功率范围（Standard Power Range）最大充电功率保持100W不变，以及扩展功率范围（Extended Power Range）新增28V、36V、48V三个电压，所对应的电流均为 5 安培，因此最大输出功率从100W扩展至 240W。

USB PD3.1规范的推出，未来不会仅局限在于个人电脑、笔记本电脑、平板、及智能手机等消费型的应用，将会带领USB PD快充进入一个更大的市场，比如电动工具机或两轮电动车等领域。而USB PD3.1主要是建构在USB Type C的实体接口上，除了可以将传输速率最高提升到120Gbit/s，而且还可快速充电，最大供电为240W。此接口在系统上是外露给使用者随时可以插拔的接口，使用者最普遍的应用就是随插即用、随拔即关，然而这个热插拔动作却也经常是造成电子系统工作异常、甚至造成USB Type C控制元件毁坏的元凶，因为EOS（Electrical Over Stress）等暂态杂讯突波经常就是来自这个热插拔动作。

由于电子产品已迅速深入全球各个角落，但许多偏远地区因基础建设不佳，或是气候极端的影响，电子产品遭受EOS（Electrical Over Stress）突波的机率大大提高，所导致返修率也随之提升。 EOS通常产生于AC/DC电源干扰、电源杂讯或前述提及过的热插拔等事件，而目前EOS测试的标准主要是采用IEC61000-4-5的规范，测试电压波形为1.2/50us和电流波形为8/20us。部分品牌厂除了制定内规的ESD Direct-Pin Injection方式测试外，还会额外增加EOS Direct-Pin Injection方式测试。

对于USB PD3.1的界面而言，在选择ESD/EOS保护元件时必须考虑到：

1、最重要的参考参数是ESD and EOS clamping voltage，ESD/EOS保护元件若要能对系统提供有效保护，除了防护元件本身要能承受够高的ESD/EOS轰击外，还需要考虑箝制电压是否够低，使得ESD/EOS的能量能被箝制在更低的电压以防止系统内部电路受到损毁，此箝制电压是判断ESD/EOS保护元件对于系统电路保护效能最重要的参数。

2、此界面可提供快速充电需求，分别可以支持5V/9V/15V/20V/28V/36V/48V等不同电压。充电时因频繁的热插拔动作可能在电源在线产生频繁ESD/EOS威胁，因此在系统设计时不仅需考量ESD问题，亦需在系统上采用更加完善的外部突波ESD/EOS保护方案设计。

晶焱科技拥有先进的ESD/EOS防护设计技术，特别针对USB PD3.1的防护需求，推出不同电压的ESD/EOS防护元件，如图一所示。此接口可提供快速充电，在电源端不能只考虑ESD的影响，而是需选用一颗含括EOS防护能力的元件，依据设计的电压来选用合适的ESD/EOS元件来保护，就可以保护此接口不受ESD/EOS的威胁，图二即为完整的USB PD3.1界面的EOS解决方案保护线路。