我为电池供电设备设计了一个电路,该设备具有一个外部暴露的 USB 连接器,用于充电和数据传输。它是一种非标准、可对接的 USB 连接器,没有可用的屏蔽连接,整个电路装在一个塑料外壳中,没有机箱/保护接地的可能性,如下图所示:
对于 ESD 保护,我几乎遵循了此处提供的确切设计建议:http ://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf
当 Vbus、D+ 或 D- 受到正或负 ESD 脉冲(即转向二极管正向传导负脉冲或转向中央 TVS 正脉冲)时,我可以可视化电流路径,如果我的理解不正确,请更正。
但是,我不确定如果暴露的 GND 引脚本身接收到 zap 会发生什么。
问题:
GND 引脚上的负 ESD 冲击是否与 Vbus 上的正脉冲具有相同的效果,即导致钳位的中央雪崩 TVS 击穿?
如果 GND 上出现正 ESD 冲击,转向二极管和/或中央 TVS 是否正向传导并将整个能量(减去 1 个二极管 Vf 下降,如果这很重要)传递到电路的其余部分,从而造成严重破坏!?我试图描述以下情况:
我正在考虑的解决方案:
断开 Vbus 与中央 TVS 的连接,并在 Vbus 和 GND 之间引入一个独立的双向 TVS,随后为电路的其余部分提供反向电压保护(以容忍双向 TVS 的 -Vclamp)。它仍然可能无法阻止转向二极管导通,另外还有其他单向 TVS 二极管在其他裸露的 IO 引脚上分流到 GND,它们也可能正向导通。
在裸露的 USB GND 和电路 GND 之间引入一个铁氧体磁珠,以应对它可能提供的任何微不足道的阻抗!
欢迎任何建议/见解,谢谢!
PS:
由于电路可以从 Vbus 获取功率,因此不能在 Vbus-GND 回路中添加串联电阻
根据IEC 61000-4-2 4 级(8/15kV 接触/空气放电)进行计划测试。在测试期间,设备将在未连接 USB 电缆的情况下使用电池电源运行,因此所有引脚都可以轻松访问 ESD 冲击。