本文主要是針對USB PD 3.0控制器MAX77958的浪涌防護(hù)方案，采用湖南靜芯研發(fā)的TDS浪涌保護(hù)器件對芯片進(jìn)行浪涌防護(hù)，保護(hù)設(shè)備免受電氣系統(tǒng)中的浪涌電壓或浪涌電流的損害，確保設(shè)備的安全性。

一、MAX77958介紹

MAX77958 是用于 USB Type-C CC 檢測和供電 （PD） 協(xié)議實(shí)施的強(qiáng)大解決方案。它通過使用 Type-C CC 檢測和 USB PD 消息來檢測連接的配件或設(shè)備。該 IC 可防止過壓和過流，并防止潮濕和USB Type C 連接器腐蝕。該 IC 還具有 D+/D- USB 開關(guān)和 BC1.2 檢測功能，以支持傳統(tǒng)的 USB 標(biāo)準(zhǔn)。它包含用于 USB PD 的 VCONN 開關(guān)和用于外部 VCONN 升壓或降壓轉(zhuǎn)換器的使能引腳。當(dāng) USB PD 協(xié)商完成時，IC 為外部多路復(fù)用器配置 al ternate 模式設(shè)置。該 IC 符合 USB Type-C 規(guī)范 Re lease 1.3 和 PD 3.0。它可以輕松定制，而不會影響合規(guī)性。該 IC 有一個 I2C 主控器，可以讀取和寫入系統(tǒng)中的其他設(shè)備，因此其固件可以在沒有主處理器幫助的情況下配置相關(guān)設(shè)備。

二、USB-PD介紹

USB-PD 是一種基于 USB Type-C 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建的先進(jìn)快速充電技術(shù)，它基于充電規(guī)范運(yùn)行，以最大限度地提高傳輸?shù)竭B接設(shè)備的功率。USB-PD 規(guī)范定義了設(shè)備如何利用 USB Type-C 連接器供電，以及如何在供電過程中識別和管理這些設(shè)備。USB-PD 的一個關(guān)鍵特性是，它可以使設(shè)備能夠在精確傳輸或接收電源之前通過 USB Type-C 連接器上的專用通信通道進(jìn)行通信。這可以讓設(shè)備僅獲得所需的功率，防止過度充電或充電不足的問題。

由USB實(shí)施者論壇（USB-IF）設(shè)計(jì)的USB供電（USB-PD）規(guī)范已經(jīng)發(fā)展了四個版本，逐步增強(qiáng)了供電能力和靈活性。最初的USB-PD 1.0僅提供固定功率配置：10W（5V，2A）、18W（12V，1.5A）、36W（12V，3A）、60W（20V，3A）和100W（20V，5A）。USB-PD 2.0為標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（SPR）引入了四個固定電壓電平（5V、9V、15V、20V），具有3A或5A的靈活電流選項(xiàng)。這種組合實(shí)現(xiàn)了更多通用的充電選項(xiàng)，功率范圍從0.5W到100W不等。USB-PD 3.0進(jìn)一步擴(kuò)展了USB-PD 2.0的功能，提供額外的設(shè)備信息，如電源狀態(tài)、電池電量和系統(tǒng)通知。

三、TDS器件介紹

TDS(平緩鉗位浪涌抑制器)具有精準(zhǔn)且恒定的觸發(fā)電壓、優(yōu)異的鉗位性能及穩(wěn)定的溫度特性，可為系統(tǒng)提供更全面保護(hù)。當(dāng) EOS 事件來臨時，瞬態(tài)電壓攀升至超過集成精密觸發(fā)器所設(shè)定的擊穿電壓（VBR）閾值，觸發(fā)電路精確的開啟內(nèi)置泄流場效應(yīng)晶體管，有效的將瞬態(tài)高壓與大電流安全釋放到地。由于TDS的內(nèi)置泄流場效應(yīng)晶體管具有極低的導(dǎo)通電阻，其鉗位電壓在額定峰值脈沖電流范圍內(nèi)幾乎是恒定的。

在選擇浪涌防護(hù)器件時，許多工程師會優(yōu)先選擇TVS二極管，實(shí)際上大電流TDS芯片在成本和性能、面積上比TVS更具優(yōu)勢。TDS器件的優(yōu)勢如下：

在提供相同保護(hù)的情況下，TDS耗散浪涌能量較小，能通過自身特性將過壓與過流事件高效泄放到地，從而避免增加自身熱損耗。

TDS器件體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，為硬件工程師設(shè)計(jì)高度集成型解決方案提供了更優(yōu)選擇。如果應(yīng)用需要超過單個TDS器件所能提供的特定鉗位電壓， 可以將多個TDS器件串聯(lián)，提供了更多的靈活性。

TDS器件的鉗位電壓通常比傳統(tǒng)TVS保護(hù)設(shè)備的鉗位電壓低30%，減少了系統(tǒng)的電氣應(yīng)力，可以更好的保護(hù)后端IC，也為系統(tǒng)中的其他組件創(chuàng)造了更大的安全余量。

TDS器件在額定峰值脈沖電流范圍內(nèi)擁有幾乎恒定的鉗位電壓。傳統(tǒng)TVS二極管的箝位電壓隨著峰值脈沖電流的增加而增加，而TDS器件的鉗位電壓在最大峰值脈沖電流之前幾乎保持不變。

TDS器件的鉗位電壓在工作溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，而傳統(tǒng)TVS二極管的鉗位電壓隨溫度變化。TDS器件擁有卓越的耐用性，在工作規(guī)格內(nèi)性能不會下降，仍能保證低漏電和高鉗位電壓。

四、應(yīng)用方案

圖1 應(yīng)用方案

上圖介紹了使用PD 3.0控制器MAX77958的部分參考設(shè)計(jì)。USB PD 3.0可以提供高達(dá) 100W 的功率,VBUS上的最大電壓可以達(dá)到20V（20V&5A）。如果總線上的電壓增加超過其設(shè)計(jì)參數(shù)，USB PD控制器可能會損壞。因此設(shè)計(jì)人員經(jīng)常選擇使用具有高于標(biāo)定峰值脈沖電流(IPP)額定值的TVS二極管器件保護(hù)總線，VBUS引腳的安全性就需要使用工作電壓高于 20V 的防護(hù)器件來保護(hù) VBUS 引腳，以保持鉗位電壓低于PD控制器損壞閾值。

ESTVS2200DRVR是湖南靜芯開發(fā)的平緩浪涌抑制器(TDS)，可用于保護(hù)工作電壓為 20V、22V、24V 的系統(tǒng)，具有精準(zhǔn)且恒定的觸發(fā)電壓、優(yōu)異的鉗位性能及穩(wěn)定的溫度特性，可為系統(tǒng)提供更全面保護(hù)。ESTVS2200DRVR 器件為 DFN 2mm x 2mm x 0.68mm 6引腳封裝，工作電壓最大可達(dá) 24V，可在 ESD 和浪涌事件發(fā)生時保護(hù) USB-PD 控制器。器件的觸發(fā)電壓典型值為25.6V，額定瞬態(tài)峰值脈沖電流可達(dá)70A(tp=8/20μs)，鉗位電壓VC為30V以內(nèi)，且符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護(hù)。

五、器件電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

表1 ESTVS2200DRVR電氣特性表

六、總結(jié)與結(jié)論

MAX77958作為常用的PD控制芯片，浪涌防護(hù)十分關(guān)鍵。TDS芯片的鉗位性能優(yōu)異、溫度特性穩(wěn)定，在汽車和工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)袠O大的應(yīng)用前景和市場。湖南靜芯同時推出5V、14V、18V、22V、27V、33V等各種電壓等級的TDS平緩浪涌抑制器，可為系統(tǒng)提供更全面保護(hù)。

?審核編輯 黃宇