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新世代充電技術突波保護設計2016/07/15

 晶焱科技 經理 李健銘

充電技術發展一直是熱門議題,可概分為兩大類,其一為追求充電效率的有線快速充電技術,另一則為追求便利性的無線充電技術。目前市場上主要的有線快速充電技術以QualcomQuick Charge 3.0,聯發科的Pump Express 3.0以及USB TypeC所支援的Power Delivery 3.0為主流,藉由提升充電電壓和電流的方式來縮短充電時間,如Power Delivery 3.0可支援到20V5A總計為100W功率能量,已可供應到工作站等級的電子設備用電量。而同時無線充電技術亦是同步在熱門的發展著,主流的無線充電技術以電感耦合方式的磁感應和磁共振技術為主,包括有WPCQi標準,A4WPRezence標準和以建置無線充電環境為主的PMA協會。而這些無線充電技術拓展方向並不以只針對手持式裝置為主,包含如更廣大應用的物聯網設備和電動車應用,都是這些無線充電技術涵括的範圍。

 

有線充電由於熱插拔的方式將產生頻繁的ESD纜線放電事件,而快速充電技術需提升電壓和電流量來滿足高功率的需求,因此衍生了電源線上更多的EOS事件和浪湧Surge突波問題,而採用高度整合晶片的先進製程技術更降低晶片本體的ESD/EOS抗受度,因此需在系統PCB上採用更加完善的外部突波ESD/EOS保護方案設計。無線充電由於採用電感耦合傳送接收能量技術,因此需在電子設備背面設計一大面積電感線圈為傳送接收端,雖然不再有有線充電的熱插拔引起的ESD纜線放電事件,取而代之的是此大面積電感線圈也將易於感應周遭的暫態突波,而形成類似ESDEFT突波,甚至是具有低頻大能量的EOS突波事件,從而導致系統的運作不良或燒毀。目前針對電源的ESD測試標準主要參照IEC61000-4-2規範,其為模擬人體或纜線帶電放電事件。而EFT測試標準為IEC61000-4-4規範,其為模擬電感性負載上的電性快速暫態事件。EOS和浪湧Surge突波測試則遵循IEC61000-4-5規範,是目前主要模擬電氣過載事件的測試標準,尤其為針對第三方世界電力系統建置尚未完善為主要市場的電子產品,其電源線上的EOS/Surge測試規格更為嚴苛要求。

 

晶焱科技累積二十餘年起自交通大學和工研院的研發能量,開發自我專利技術發展出適用於快速充電,無線充電和智慧電源管理IC的突波保護元件。其中推出的一系列DFN1610封裝電源專用的突波保護元件TVS,不僅具有僅僅1.6mm x 1.0mm的面積,且其高度更只有0.5mm,可有效的節省PCB面積成本,並適用於智慧型手機和穿戴式裝置的需求。DFN1610電源TVS涵括的電壓範圍從最低1.8V到最高58V,可滿足於現今主要的電子設備充電電壓需求,DFN1610電源專用TVS整合了ESD/EFT/EOS三大主要的突波保護能力,其超群的ESD保護能力可達IEC61000-4-2 Contact 30kV以上,而EOS/Surge保護能力最高可達IEC61000-4-5電流波形8/20us 80A,EFT電性快速暫態保護能力則可達符合IEC61000-4-4 80A之最高等級,因此可為客戶有效節省PCB物料成本來達到產品最佳的可靠度要求。若是針對EOS/Surge有更嚴苛的測試要求,晶焱科技亦推成DFN2020封裝的一系列超級EOS突波保護元件,此DFN2020封裝系列涵括12V/14V/26V電壓應用,EOS/Surge保護能力最高等級可達IEC61000-4-5 8/20us電流波形150A,晶焱科技與眾多國際大廠合作協助其產品通過面向印度市場的嚴苛EOS/Surge測試規格要求,提升電子產品的可靠度和降低返修率,進而降低更多的維修成本,以確保其在印度市場的成功。


圖一: 晶焱科技DFN1610系列電源專用突波保護元件TVS。

 

圖二: 晶焱科技DFN2020系列電源專用突波保護元件TVS。



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