基于USB规范和工程实践经验,VBUS通常安排一个介于1uF和10uF之间的电容,手机上则使用一个1uF/35V的陶瓷电容作为VBUS母线电容。

为什么有这种规定,并且是个范围值,即既有上限限制,还有下限限制。
USB是一种支持热插拔的技术,在插入设备时,手机上的VBUS电容会急剧吸收电流,形成一个电流尖峰。如果VBUS电容过大,则浪涌电流很大,可能导致Source端的电源芯片过流保护,也可能因大电流产生火花(电弧),导致连接器触点损坏,或对手机内部其他模块产生电磁干扰的风险。
如果头铁,就是想设计大电容,则需要配备浪涌抑制电路,通常有:
- 缓启动(Soft-Start)电路,使用一个MOSFET和缓启动控制器,在插入时缓慢打开MOSFET,逐步给大电容充电,限制浪涌电流。
- 热插拔控制器(Hot-Swap Controller),集成了电流检测、限流和短路保护功能的专用芯片。
如果VBUS电容过小,则有下面两种疑虑:
- 在充电突然断开时,由于线路的寄生电感,存储着感性能量,可能会产生较大的感生电压,较大的容值可以吸收感生电压。
- 或者当电流突然增加时导致VBUS更大的瞬态跌落,电容在这里起到了滤波和缓冲的作用(像个水塔一样)。
为了避免上述情况,才有了最小1uF的规定。
工程实践方面,除了VBUS母线电容1~10uF容值设计,Type-C连接器侧的4个VBUS pin也可对应放置nF级的电容。
如下图,这些10nF/35V电容器有助于滤除高频噪声,吸收短时间的电压瞬变,可以降低2~3V的电压尖峰。
