高特-USB Type-C静电防护方案，满足更多充电宝厂商的需求
前言
近期充电宝市场受到多重要素利好，市场强势增长，成为众多3C配件率先复苏突围的品类。目前充电宝新国标开始实施发证、全球旅游市场复苏、iPhone切换USB-C口等热点频频，再加上电芯能量密度、放电倍率也获得突破，充电宝芯片集成度再创新高，充电宝功率从10W提升到了240W，猛增24倍，堪称性能狂飙。
由充电头网举办的2023 USB-C大功率充电宝技术研讨会已经于9月15日在充电头网公众号以及哔哩哔哩平台进行直播。充电头网本次邀请数十位知名企业充电宝行业专业人士为大家答疑解惑，并进行交流讨论和分享市场最新动态与干货。推动充电技术的发展，提高用户体验，促进行业的进步。其中深圳市高特微电子有限公司（简称：高特）受邀出席，带来了《USB Type-C静电防护方案》为主题的精彩演讲，分享关于适用充电宝的ESD防护方案。
担任本次演讲的嘉宾是深圳市高特微电子有限公司的销售经理王霖鹏先生。
《USB Type-C静电防护方案》为主题的演讲。
基于PD充电器USB Type-C静电测试要求及标准，延伸到对充电宝C口进行静电防护测试。ESD测试标准基于IEC61000-4-2标准。通过空气±8KV；接触±6KV对充电器进行放电测试，要求测试完成后，充电器的电性能正常。测试条件及方法、抽样数量由厂商要求为准。
早期QC协议由DMP、DMC完成的，但PD协议是使用CC线处理的，所以为了避免高压、静电对PD充电器或后端用电器造成损伤，需要对每根线进行静电防护。普通的静电防护方案通常采用单一的ESD单管，在USB Type-C后端的DMP(+)、DMC(-)、CC1、CC2信号线上依不同工作电压要求分别对地并接上ESD单管。D1旨在保护电源线，多采用功率较大的ESD/TVS，D2、D3、D4、D5旨在保护DMP(+)、DMC(-)、CC1、CC2等信号线，多采同一电压ESD单管。
基础篇的单管ESD防护方案，厂商可根据不同需求选择不同的ESD防护器件。在进行PD充电器的ESD防护器件选择时，高特在基础篇中的单管ESD防护器件工作电压范围为5V~24V，提供ESD单管的SOD-523、SOD-323、DFN1006共三种封装外形，满足厂商对于体积、散热的要求。
在澳某一个35W的PD充电器的ESD防护方案。GESD5Z24V是高特基础篇中的PD充电器USB Type-C静电防护方案，可以设计出单、双口Type-C输出的PD快充产品，每个端口均采用4颗高特的GESD5Z24V即可，可以有效保证产品在使用过程中的ESD防护。
把传统的单管ESD防护方案做成一个四合一的方案，即4颗单管ESD集成一个ESD防护器件，一个ESD器件即可满足4条线路的保护。灵感来源于华为的一个户外小基站的供电板的功率密度要求，能否把原本4个ESD单管进行合封处理，于是开发出四合一方案的SOT-23-6L封装产品。优点是拥有更高的功率密度和可抗更高的浪涌。
高特的进阶篇PD充电器USB Type-C静电防护方案产品线如图所示，采用四合一PD快充充电器静电防护方案，相较于目前PD快充充电器静电防护单ESD方案（基础篇），该方案更加简洁，有效减少PCB板的占板面积与贴片次数，同时降低了器件成本与贴片成本。厂商可根据不同的需求进行选择不同的四合一PD快充充电器静电防护方案。
创新篇是基于C口，根据各厂商协议不同的IC应用开发的，用更小的DFN2510封装方式进行四合一的合封。比较特殊的是GESD5B244JDO用的是2颗5V加2颗24V集成在一个器件上，该应用原理是基于C口的DMP与CC线不同输出电压进行分配的，适用于高压的PD3.1产品、高功率的充电宝等电压较高的产品上，防止VBUS的电压影响到CC线，进而影响到充电器或者后端。
创新篇的PD充电器USB Type-C静电防护方案产品线如图所示。采用DFN2510封装外形，可以看到产品的引脚间距非常小，可实现直通式的布线方式。相比基础篇、进阶篇的ESD防护方案，创新篇有着更高的集成度和更强的防护能力，同减少了更多的元件数量，可满足厂商轻薄产品的需求。
ESD防护器件的布线需要避免自感，ESD是巨变突发的脉冲，很可能会在回路中引起寄生自感，进而对回路形成强大的电压冲击，并可能超出IC的承受极限而造成损伤。负载产生的自感电压与电源变化强度成正比，ESD冲击的瞬变特征易于诱发高强自感。减小寄生自感的基本原则是尽可能缩短分流回路，必须考虑到包括接地回路、ESD防护器件和被保护线路之间的回路，以及由接口到、ESD防护器件通路等所有因素。所以、ESD防护器件应与接口尽量接近，与被保护线路尽量接近，这样才会减少自感耦合到其它邻近线路上的机会。
高特PD快充静电防护创新方案中的所有ESD防护器件均采用DFN2510封装外形，该封装具有更小的占板面积、更简单的布线方式、更低的元件成本、更少的贴片次数。该封装的引脚间距非常接近Type-C接口的引脚间距，可实现直通式的布线方式。所以该方案的ESD防护器件可以最大程度的靠近Type-C接口放置，直通式的布线方式缩短ESD防护器件与被防护线路及地线之间的回路，从而减少自感耦合到其它邻近线路上的机会。
以上是高特创新方案与基础方案在PD充电器上的PCB走线图，相较于基础方案需要4颗的采用SOD-523封装外形的GESD5Z24V，且，每颗器件都需要进行接地，布线需要绕开器件，创新方案仅需一颗直通式布线的GESD2404JDO，采用DFN2510封装外形，不仅占板面积更小，接地只需要一颗即可。减少了贴片次数和占用PCB板的面积，优化了ESD防护器件的布线需要避免自感的问题，同时减少自感耦合到其它邻近线路上的机会。
高特可以提供一整套关于静电防护的方案，以及整改服务，可以基于厂商的要求进行产品的定向化开发，例如GESD524B4JDO采用的2颗5V加2颗24V集成在一个器件上，可以根据厂商定制为集成2颗5V加2颗18V或者28V的产品。
高特微电子提供200多款从单通道到多通道的ESD防护器件，封装外形最小为DFN0603，仅0.6*0.3*0.3mm，工作电压范围覆盖2.5V~36V，电容值低至0.2pF，为电子产品的各类通信接口，如USB、HDMI、LVDS、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、RF天线和GPIO等提供多元化的ESD防护方案。拥有完善的器件检测和强大的实验能力，可以为厂商提供不同需求的ESD防护技术支持。
LOW VF肖特基二极管产品介绍。
肖特基二极管，是以它的发明人肖特基博士名字而命名的，又被称作是肖特基势垒二极管，它是金属与半导体材料相互接触，且形成一定的势垒后开始工作的一种多数载流子器件。
肖特基二极管相对于普通二极管最大特点是正向导通电压低,开关速度快。
LOW VF肖特基二极管，则顾名思义为正向导通电压 (VF) 更低的肖特基二极管。
高特 LOW VF肖特基二极管RB0540D1，0.5A/40V VF@0.5A=0.46V。采用DFN1006微形封装外形，外形尺寸仅为1.0*0.6*0.5毫米，较业界常用SOD-523封装、SOD-523封装更加纤薄，可节省大量的电路板占用空间，满足厂商开发轻薄产品的需求。其正向导通电压在50mA的工作电流下仅为0.28V，功率损耗仅为0.014W，在0.5A的工作电流下也仅为0.46V，小尺寸VF的肖特二极管不仅在体积上占优，还在功耗上存在优势。
高特2A 40V LOW VF 肖特基二极管 RB10U40FD和 RB10U40WS，可满足厂商对于电子系统更加高效、更低功率损㧌、更小占板空间的需求，其 VF@1A=0.37V和 VF@2A=0.43V，IR@40V<80uA，可很大程度上减小电子系统中的功率损耗，大大提高了效率。RB10U40FD 采用 DFN1610-2L 封装外形， 外形尺寸仅为 1.6*1.0*0.5mm，较业界常用SOD-523封装、 DFN1610-2L封装更加纤薄，可节省大量的电路板占用空间，满足厂商开发轻薄产品的需求。
高特LOW VF肖特基二极管的优点，基于市面上现有封装的LOW VF肖特基二极管进行迭代开发，并且VF值表现更加优秀，采用DFN1006微形封装外形的RB0540D1，0.5A/40V VF@0.5A=0.46V，较业界常用 SOD-323 封装外形的同类产品节省约 82% 的PCB占用面积和41%的高度空间。采用DFN1610-2L微形封装外形的RB10U40FD与采用SOD-323封装外形的RB10U40WS，较业界常用 SOD-123FL 封装外形的同类产品节省约 76% 的PCB占用面积和50%的高度空间。以上三款产品在PCB占板面积和离板高度上占尽优势，满足厂商设计纤薄产品的需求。
综上所述，在电子系统更加高效、更低功率损㧌、更小占板空间的需求下，高特 2A 40V LOW VF 肖特基二极管 RB10U40FD 和 RB10U40WS 等两款微形封装且超低正向导通电压(VF)的肖特二极管，可成为电子工程师在功率转换电路(DC/DC)中反向极性保护 或续流的设计首选之一。
可以看到，相较于传统的SOD-123FL的封装，SOD-323封装的优势。而高特在SOD-323封装上再次进行开发，开发出DFN1610-2L的封装外形，相比SOD-123FL封装减少76%的占板面积与50%的高度空间，体积仅有只有后者1/3左右。可用于磁吸充电宝等轻薄产品上。
高特LOW VF肖特基二极管的典型应用，主要应用在充电宝的逆向电源保护电路。可应用在真无线耳机、智能手表、手环、智能眼镜、VR、移能电源 (充电宝)、便携式POS机、便携式医疗仪器、便携式媒体播放器、其它便携式电子产品等产品上。
想更多信息可以联系高特微电子或者高特半导体公司，注高特微公众号 “高特微电子 Goaltop”，可以了解更多关于电子线路防护绿色能源解决方案。
以上是深圳市高特微电子有限公司的《USB Type-C静电防护方案》的精彩演讲。
充电头网总结
充电宝作为随身携带的储能产品，本质是为设备提供额外的电力支持，但随着充电的性能越来越强，接口越来越丰富，兼容C口的产品越来越多，服务的对象从一开始的手机延伸到了现在的平板、笔记本、小型用电设备等。且越来越多的电子设备支持PD快充，也就意味着可以使用PD充电器和支持PD快充的充电宝为设备充电，满足更多用户的需求。
充电宝最重要的属性依然是轻薄，因此充电宝里的每一个电子元器件都需要考虑其体积与重量，在一些空间有限的电子系统里更要求肖特基二极管的体积越小越好。而高特LOW VF肖特基二极管，相比传统SOD-123FL封装的产品，开发出SOD-323封装的产品，甚至更迷你的DFN1610-2L封装，且开发的产品VF值更优秀。可以满足更多充电宝厂商的需求。
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「历年拆解」
2023、2022年、2021年、2020年、2019年、2018年、2017年、2016年、2015年
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