Type-C 憑借物理接口標(biāo)準(zhǔn)化和多協(xié)議復(fù)用實(shí)現(xiàn)了通信接口大一統(tǒng)，而 PD 協(xié)議則從5V逐步演進(jìn)到28V高壓，使 Type-C 成為“全能接口”。

28V PD不僅突破了 100W 功率瓶頸，更重新定義了設(shè)備供電方式，推動“單線纜解決方案”成為主流，為消費(fèi)電子、專業(yè)設(shè)備和工業(yè)領(lǐng)域帶來革命性變革，同時促進(jìn)環(huán)保和產(chǎn)業(yè)升級。Type-C+28V PD已成為連接未來智能設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了 "一個接口連接世界" 的愿景。

28V PD端口后級芯片(受電端)內(nèi)部器件需由原30V耐壓提升至40V，以承受 28V+20% 過壓保護(hù)值 (33.6V)。同時后端的浪涌保護(hù)TVS鉗位電壓需要<40V保護(hù)芯片免受浪涌沖擊。艾為的“平坦鉗位”技術(shù)像一道穩(wěn)固的水晶墻，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)、可靠的防護(hù)。

圖1 Type C口浪涌事件和TVS浪涌保護(hù)泄放動作

28V PD 端口場景觸發(fā)浪涌的級別和能量詳解

浪涌測試標(biāo)準(zhǔn)與波形參數(shù)

28V PD 端口浪涌測試遵循 IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)，采用1.2/50μs (電壓波)+8/20μs (電流波) 組合波形，是USB-IF認(rèn)證必測項(xiàng)目。

1.標(biāo)準(zhǔn)波形參數(shù)

電壓波 (1.2/50μs)：前沿時間1.2μs，半峰值時間50μs

電流波 (8/20μs)：前沿時間8μs，半峰值時間20μs

測試源內(nèi)阻：2Ω（開路電壓與短路電流比值）

圖2 浪涌波形參數(shù)定義

浪涌級別與電壓 / 電流參數(shù)

28V PD 端口浪涌測試級別與參數(shù)表：

表128V PD 端口浪涌測試級別與參數(shù)表

（注：實(shí)際測試中，28V PD 產(chǎn)品通常要求達(dá)到3級或4級標(biāo)準(zhǔn)，部分高端設(shè)備需滿足特殊級要求）

浪涌能量計(jì)算與數(shù)值

1. 能量計(jì)算方法

浪涌能量 (E) 計(jì)算公式：E = ∫i2·R·dt ≈ (Ipp)2·R·T

其中：

Ipp：浪涌峰值電流

R：測試源內(nèi)阻 (2Ω)

T：電流持續(xù)時間 (20μs)

2. 各等級浪涌能量值

表2各等級浪涌能量值

（注：28V PD 端口因工作電壓較高，實(shí)際浪涌能量需求比普通 USB 端口高約 30%~50%）

現(xiàn)有方案技術(shù)痛點(diǎn)

傳統(tǒng)分立TVS器件方案36V 鉗位電壓與 40V 芯片耐壓匹配風(fēng)險(xiǎn)分析

理想鉗位電壓與實(shí)際分立器件TVS鉗位效果在鉗位電壓曲線上存在一些差異，下圖是理想鉗位電壓在遭遇瞬態(tài)浪涌時的效果：

圖3 理想浪涌保護(hù)電壓波形

28V PD電源正常工作電壓一般會有20%的電壓波動，也就是最高工作電壓33V是必須保障的，讓我們假設(shè)一下如果繼續(xù)使用33V VRWM 分立器件會發(fā)生的情況：

表333V VRWM 分立器件表現(xiàn)

傳統(tǒng)分立器件TVS 導(dǎo)通后，動態(tài)電阻 Rd 隨溫度上升而增大 (正溫度系數(shù))，電阻增大導(dǎo)致功耗 P=I2×Rd 進(jìn)一步增加，形成正反饋。當(dāng)浪涌能量持續(xù)輸入，散熱速度 < 產(chǎn)熱速度，結(jié)溫呈指數(shù)上升，整個過程熱-電反饋失控，最終形成了“駝峰”(鼓包)狀的Vclamp曲線。

圖4 傳統(tǒng)TVS觸發(fā)浪涌保護(hù)時的電壓鼓包現(xiàn)象

差異解析：

1. 溫度與環(huán)境因素風(fēng)險(xiǎn)

表4溫度與環(huán)境因素風(fēng)險(xiǎn)

2. PCB 布局與寄生參數(shù)風(fēng)險(xiǎn)

TVS 距連接器每增加 1cm，寄生電感增加約5~10nH，在浪涌電流 (100A/μs) 下產(chǎn)生L×di/dt 額外壓降，使實(shí)際芯片端電壓升高40~60%

保護(hù)路徑阻抗過高 (如過長 / 過窄走線)，導(dǎo)致浪涌能量不能快速泄放，芯片承受更長時間的高電壓

TVS 接地不良時，地電位浮動會使實(shí)際保護(hù)電壓額外增加2~5V

28V PD 端口浪涌測試峰值電流可達(dá)2kA，能量達(dá)80J，普通 36V TVS 可能在高能量沖擊下響應(yīng)延遲增加，鉗位電壓升高

TVS 在高電流下動態(tài)電阻增大，使實(shí)際鉗位電壓比標(biāo)稱值高 10~15%，達(dá)39.6~41.4V，超過芯片耐壓

即使單次浪涌未擊穿芯片，長期承受接近 40V 的電壓波動會導(dǎo)致芯片內(nèi)部絕緣退化，壽命縮短50% 以上

TVS 在多次浪涌后可能性能退化，漏電流上升，鉗位特性惡化，進(jìn)一步降低保護(hù)效果

核心風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論：傳統(tǒng)分立器件36V 鉗位 TVS 與 40V 耐壓芯片組合在 28V PD 端口應(yīng)用中存在極高風(fēng)險(xiǎn)，安全裕度嚴(yán)重不足 (僅 10%)，浪涌測試通過率低，長期可靠性差，TVS 失效可能直接導(dǎo)致芯片損毀。

艾為平坦鉗位浪涌保護(hù)技術(shù)

數(shù)模龍頭艾為電子重磅推出的優(yōu)質(zhì)Plus-TVS系列芯片，以超小的動態(tài)電阻、超強(qiáng)防護(hù)性能與極致緊湊設(shè)計(jì)，為各類電子設(shè)備筑起一道堅(jiān)不可摧的“安全鎧甲”。

作為瞬態(tài)抑制領(lǐng)域的優(yōu)秀產(chǎn)品，艾為Plus-TVS系列芯片搭載獨(dú)特反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)平緩鉗位，在200V、8/20μs浪涌電流沖擊下，能將系統(tǒng)接觸電壓牢牢控制在40V以下，實(shí)現(xiàn)5mohm的動態(tài)電阻，輕松抵御雷擊、電網(wǎng)波動等帶來的高功率瞬態(tài)沖擊。針對工業(yè)信號線路常見的EMC要求，它可通過42Ω電阻耦合承受最高1kV IEC 61000-4-5開路電壓，同時集成4級IEC 61000-4-2 ESD防護(hù)，全方位攔截靜電“閃電”與浪涌“海嘯”，從源頭杜絕瞬態(tài)電壓造成的設(shè)備損壞。

圖5 平坦鉗位保護(hù)技術(shù)

傳統(tǒng)的TVS方案存在兩個缺點(diǎn)鉗位電壓范圍太寬和提前泄放電流。無法滿足先進(jìn)工藝制程芯片越來越小的電壓裕度，從而芯片損壞的風(fēng)險(xiǎn)在加大，并且由于柵漏耦合電容的作用，泄放管容易提前開啟，從而可能將有用的能量提前泄放，削弱有用信號，影響電路的效率及正常工作。

圖6 實(shí)測浪涌電流及保護(hù)電壓曲線

艾為Plus-TVS系列芯片集成了特有的優(yōu)化鉗位電平的浪涌防護(hù)專利方案，將鉗位電壓壓縮到很小的范圍內(nèi)，且具有不易于提前觸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，以提供更好的浪涌防護(hù)能力。艾為專有的解決方案，在泄放管的驅(qū)動電路中實(shí)現(xiàn)對泄放電流的精準(zhǔn)控制，從而顯著降低動態(tài)電阻值Rdyn，提升了鉗位電壓平坦度。并通過對控制環(huán)路的干預(yù)工作，有效避免了泄放管的提前開啟，杜絕了對保護(hù)電路正常工作的影響。結(jié)合國內(nèi)先進(jìn)的工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更小型的泄放管設(shè)計(jì)，使得整個芯片更緊湊，適應(yīng)更多小型化應(yīng)用場景。

守護(hù)精密電路，賦能可靠創(chuàng)新。艾為優(yōu)質(zhì)Plus-TVS系列芯片，讓每一臺電子設(shè)備都能從容應(yīng)對瞬態(tài)電壓挑戰(zhàn)，為科技產(chǎn)品的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航，成為工程師信賴的電路安全首選！