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檳城電子│智能手持式POS機的EOS防護

        EOS(Electrical Over Stress)電氣過應力,是元器件常見的損壞原因,其表現方式是過壓或者過流產生大量的熱能,使元器件內部溫度過高從而損壞元器件(大家常說的燒壞),是由電氣系統中的脈沖導致的一種常見的損害電子器件的方式。


        由于USB接口的廣泛應用,充電協議的擴展,USB接口的優勢得到了新的發展空間。在現階段,USB接口在手持式電子產品得到了廣泛應用。


問題描述:

        某客戶的智能手持式POS機,使用的是USB口作為整機的電源輸入口,在使用過程中,經過數次帶電拔插,設備就不能開機了,電源輸入異常。拆機,測量USB電源兩端為短路,查出為OVP芯片短路所致。由于去除了OVP器件,客戶擔心實際使用過程中會存在應用風險。故,提出EOS滿足200V的測試要求。


原因分析:

        產品電路圖如下(原電路圖),該USB接口輸入端有三級防護,初級是一個ESD類的防護器件,后級還有一個OVP防護器件,兩級之間沒有做退耦器件。查相關規格書,OVP的通流較小,為5A。前級ESD通流相對較大點,為100W,折算成8/20μs的電流,約為13A左右。

▲原電路圖


        為了摸清實際各個器件的通流能力,我們做了一組原方案的摸底測試:



        拆機,去除前級的TVS后,通電后2#設備正常運行。


處理措施:

        由以上測試結果,產品基本問題摸清楚了,OVP的抗過電流能力不足,熱拔插會導致短路失效,在EOS測試時,前級防護TVS只能滿足70V的浪涌測試,不能滿足客戶提出的200V的EOS測試需求,為此,我司建議客戶使用BV-FA05ZA,該器件單體可以滿足EOS 280V@140A的測試要求,另一個特點是該器件的殘壓非常小,在IPP=100A時,其VC是小于10V的,封裝體積也非常小,封裝為DFN1006封裝,那么,該器件在板子上實測效果又如何呢:



        通過以上的測試數據,在增加了BV-FE05ZA后,客戶產品能滿足EOS200V 的測試要求。


思考與啟示:

        通過以上的測試、整改,我們可以了解到:

        ■ OVP芯片確實是有過電壓防護功能,但選型不正確、安裝位置不對會造成器件損壞,影響系統工作。該產品在設計時,存在設計的缺陷,將OVP芯片與TVS直接并聯,中間沒有退耦器件,屬于安裝位置不正確的表現。當有過電流時,沒有前級的退耦器件,OVP的相對脆弱,導致損壞。


        ■ 在USB標準協議的擴展,供電電流的不斷加大,由原來的500mA、800mA、1A,發展到至今24V,2A了,由于輸入電流增大,熱拔插產生的干擾能量也越大,對USB端口的抗干擾能力要求也就越來越高,普通的ESD器件已經不能滿足現有的防護要求,所以,在電子產品的設計時,應該將相關的應力等級提高,不能局限于現有的標準中。為應對這些新興的、特殊的應用場合,我司推出的BV-FE05ZA能完美的解決這個問題。




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