OVP芯片前端保护设计：USB三级防护电路与器件选型方法
做USB输入保护，OVP芯片到底在防什么？做产品的朋友应该都碰到过这种客诉：充电器插错了、电源适配器输出异常，后级电路直接烧掉。我以前也觉得加个TVS就够了，后来踩了几次坑才发现，TVS能扛住微秒级的浪涌，但面对持续几十秒甚至几分钟的过压输入，它自己先扛不住了。这就是OVP芯片存在的意义——当输入电压持续偏高时，它直接把通路切断，不让异常电压到达后级。TVS、ESD、OVP，三者到底怎么分工
我个人的理解是这样的：ESD应对的是人体静电放电，脉冲极快但能量不大；TVS应对的是雷击或者开关引起的短时间浪涌，通常在微秒级别；而OVP应对的是一种”慢故障”——比如适配器输出从5V漂到12V，持续几秒甚至一直存在。三者各管一段，谁也没法替代谁。光有TVS为什么还不够前面提到，TVS的设计初衷是吸收短时能量。如果5V线路上持续灌进来12V甚至20V，TVS会长时间处于导通状态，发热严重，搞不好自己先失效。OVP就不一样了，它检测到电压超过阈值之后，直接关掉内部的MOS管，物理上把输入和输出断开。所以比较靠谱的做法是分级处理：接口 → ESD/TVS先把瞬态尖峰削掉 → OVP负责持续过压时断开通路 → 后级电路layout上有几个注意点：ESD和TVS尽量挨着接口放，接地回路要短要粗；OVP串在电源通路上就行。如果是热插拔场景尖峰比较大，TVS加OVP组合用会比单挂一种稳很多。选OVP芯片时踩过的那些坑做了几个项目下来，发现几个容易搞混的地方：第一个，很多人把耐压值和OVP阈值搞混。推荐工作电压是芯片能长期稳定运行的范围，OVP阈值是触发关断动作的那个点，而绝对最大耐压只是芯片本身的极限，三个参数完全不是一回事。第二个，峰值电流和连续电流也要分开看。拿PW2609A来说，规格书上写峰值5A、连续3A，你要是按5A去设计长期工作电流，迟早要出问题。第三个，响应时间不是越短越好。实际电路上，PCB走线的寄生电感、输入端的尖峰幅度、TVS的钳位电压、输出电容大小、MOS管关断的速度，这些因素叠加在一起才决定后级真正承受多少电压。光看芯片手册上的响应时间意义不大。第四个，故障之后怎么恢复也要想清楚。自动恢复型、恒流限流型、打嗝重试型、锁存关断型，每种适合的产品场景不一样，选型之前要跟系统方案对起来看。具体型号怎么挑说下我自己的选型思路，仅供参考：常规5V输入、负载电流不超过1A的项目，可以先看PW2605；如果负载到3A而且对压降有要求，PW2609A会更合适；遇到客户提42V异常输入或者要过热插拔测试的，PW1600是重点评估对象。有特殊需求的：需要过压保护同时带恒流功能的，看PW1515；希望过流之后直接锁死不让恢复的，PW2605Z比较对口；输入反接和防倒灌都要考虑的，PW2605R可以了解一下。顺便提一句，PW1600有现成的42V热插拔参考电路，做欧洲玩具认证需要耐42V的项目可以直接拿来用。写在最后说白了，OVP芯片干的事情就是在电压不正常的时候把通路断开。ESD和TVS顶在前面扛瞬态冲击，OVP在后面守着持续过压，三者搭配起来接口保护才算比较完整。选型的时候把这几个参数理清楚：正常输入电压多少、异常最高能到多少、负载电流多大、后级电路耐压多少、封装有没有约束、故障之后要什么恢复方式，然后去平芯微的产品线里对型号，最后跑一遍热插拔、浪涌、温升和恢复验证，基本就稳了。
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