近日,知名充電寶品牌陸續宣布召回幾十萬臺移動電源產品,原因是"部分電芯原材料來料原因,極少數產品在使用過程中可能存在過熱現象,在極端場景下可能產生燃燒風險"。這一事件再次將移動電源的安全問題推到了風口浪尖。
作為分立器件領域的專業廠商,我們不禁要問:除了電芯本身的質量控制外,還有哪些電子元件在默默守護著我們的充電安全?今天,我們就來深入探討分立器件——特別是保護器件TVS(瞬態電壓抑制二極管)和ESD(靜電放電保護器件)在移動電源中的關鍵作用。
01移動電源的安全防線:不止于電芯
移動電源的安全防護是一個系統工程,電芯質量固然是基礎,但外圍保護電路的設計同樣至關重要。一套完整的移動電源保護系統通常包括:
電芯本身的安全設計
電池保護電路(BMS)
輸入/輸出過壓、過流保護
溫度監控和保護
瞬態電壓和靜電防護
其中,TVS和ESD器件主要負責后兩項防護任務,它們是移動電源抵御外部電氣威脅的第一道防線。
02瞬態電壓的閃電俠一TVS
TVS(瞬態電壓抑制二極管)是一種高效能的保護器件,能夠在極短時間內(納秒級)響應電壓浪涌并將其鉗位到安全水平。
在移動電源中,TVS主要發揮以下作用
以MDD的5.0SMDJ系列為例,采用CLIP結構,釋放了芯片和支架之間的應力,可靠性高,已經在戶外儲能領域廣泛應用。
專為高能瞬態電壓抑制設計
200-5000W峰值脈沖功率(10/1000μs波形)
響應時間達納秒級,可快速鉗位危險電壓
工作電壓范圍覆蓋11V—440V
適配各種移動電源和戶外儲能
超低泄漏電流,不影響設備正常工作時長
符合RoHS標準的SOD123F/SMA/SMB/SMC等封裝
SMF和SMF4L系列也廣泛應用于移動電源受電端
減少熱插拔帶來的浪涌和異常靜電帶來的風險
該封裝滿足PCB小型化的需求
TVS在移動電源中的應用價值
01 輸入端口保護:當電網波動較大時,劣質充電器輸出端會產生各種電壓尖峰脈沖,從移動電源的輸入端進入。移動電源輸入端Vbus裝配TVS,則能夠迅速吸收這些能量,防止高壓損壞內部電路。
02 輸出端口保護:移動電源連接感性負載時,可能會導致電壓尖峰,TVS為這些不可預見的電壓波動提供泄放路徑。
03 雷擊和感應浪涌防護:雖然不常見,但在雷雨天氣使用移動電源時,線纜耦合浪涌對充電回路產生破壞風險。TVS為此類極端情況提供額外保障。
以此次充電寶召回事件為例,過熱導致內部電路出現異常電壓,但加載TVS防護的BMS電路中,TVS可以高效吸收異常電壓,避免BMS芯片損壞導致監控失效帶來的起火風險。
03靜電的無聲守衛一ESD
ESD(靜電放電保護)器件專門用于防護日常靜電放電對電子設備的損害。人體靜電可達數千伏,足以損壞精密的充電控制芯片。
MDD的SDxxC系列雙向TVS二極管
專為ESD防護設計,具有以下特性:
符合IEC61000-4-2標準:
±30kV(空氣/接觸放電)
工作電壓5-36V,匹配Type C輸出的各種電壓應用
小尺寸封裝SOD323,節省設計空間
ESD在移動電源中的應用價值
01 接口防護:USB等外露接口極易受到人體靜電放電影響。ESD器件為這些敏感節點提供低阻抗放電路徑。
02 芯片保護:現代移動電源使用的MCU、電量計等芯片對靜電敏感,ESD器件為其I/O口提供貼身防護。
03 提升耐用性:良好的ESD設計能顯著提高產品在潮濕環境或干燥季節(靜電高發期)的可靠性。
值得注意的是,在高溫環境下(如此次召回事件中提到的過熱情況),半導體器件的ESD耐受能力通常會下降,這使得預先設計的ESD保護更為重要。
04如何構建更安全的移動電源
從工程角度看,一次完整的安全設計應包括:
1. 多層次保護架構:采用"電芯-BMS-接口保護"的多級防護策略,避免單點失效。
2. 布局優化:保護器件應盡可能靠近被保護端口,走線短而粗。
3. 安全冗余設計:關鍵保護功能應有備份機制,如溫度保護可采用"軟件+硬件"雙監控。
4. 嚴格測試驗證:包括但不限于:雷擊測試(IEC 61000-4-5)、ESD測試(IEC 61000-4-2)、異常充放電測試、高溫老化測試
5. 保護器件的合理選型:
TVS應選擇適當的鉗位電壓和功率容量
ESD器件需考慮結電容對高速數據線的影響
MDD的保護器件針對不同的應用場景,推出不同的型號,以滿足各行業匹配需求。
05如何識別相對安全的充電寶
對于普通消費者,雖然無法直接查看內部保護器件,但可以通過以下幾點判斷產品安全性:
1. 認準正規品牌和認證標志(如CE、UL、PSE等)
2. 檢查產品是否明確標注保護功能(過充、過放、短路等)
3. 注意產品做工,優質產品通常更注重內部保護
4. 避免購買異常輕便的"高容量"產品
5. 使用時注意異常發熱情況,及時停止使用
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深圳辰達半導體有限公司(簡稱MDD辰達半導體)是一家專注于半導體分立器件研發設計、封裝測試及銷售的國家高新技術企業。
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原文標題:充電寶頻頻爆雷,電路設計千萬要注意這些點!
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