大千世界,无奇不有,你见过手机充电口冒烟吗?
Type-C端口如果藏了导电异物或者液体,比如金属屑、铅笔粉末,或者汗液、可乐这些不速之客。此时再插入充电器充电,则会因微短路导致端口区域热量累积。积累到一定程度会把端口烧熔,甚至起火,威胁用户的身家安全。
任何涉及用户安全,可能引起用户恐慌的问题都不是小事。不仅仅是法律法规,从道德角度讲,人家用血汗钱买了你的产品,你不能偷工减料、过度营销去挣钱而害人家。
当前手机厂商通常在Type-C口增加防烧MOS的方案来解决这个问题。
对Type-C口来说,日常生活中可能遇到的不祥之物有:
- 导电异物:金属丝、金属屑、铅笔粉末、碳纤维等。
- 液体:汗液、盐水、海水、可乐、食物汤汁等。

技术原理
如下图,Type-C口附近有一颗NTC感温元件,Type-C口异常发热时,高温会传导至NTC电阻。当检测到温度超过阈值后,AP控制防烧MOS动作,VBUS随之对地短路(MOS导通阻抗为毫欧级),充电器进入打嗝保护状态。
充电器在打嗝状态下输出功率很小,端口的温度不会持续上升,从而起到保护端口的作用。
MOS管的串联电阻R1起到两个作用:
1、保护作用,因为控制信号来自平台,MOS管损坏导致管脚间相互短路时,这个电阻可起到限流保护的作用。
2、可以调节MOS turn on时间。
MOS管的下拉电阻R2起到偏置的作用,可在AP GPIO为悬浮态的时候,把栅极稳稳下拉,保证MOS处于关断状态,不乱来。

防烧动作波形如下:

方案改进1
防烧MOS因为要承受大电流,所以要选择功率MOS,其栅极连接到平台的GPIO。当前手机平台由于低压化(可以降低功耗),会降低为1.2V,后续甚至更低。1.2V的电压就不容易控制防烧MOS了,普遍达不到功率MOS开启电压Vgs(th)。
所以需要增加信号MOS做中间级,信号MOS的开启电压可以做的很低。就像给保镖配了个小秘书,确保命令传达到位。可以有两种方案,分别是:
1、信号NMOS+信号NMOS+功率NMOS,电路图如下:

2、信号NMOS+信号PMOS+功率NMOS,电路图如下:

方案改进2
那么该方案还有没有其他地方需要改进呢?
确实仍存在局限性,因为热传递的速度可能不够快,端口发热传递到NTC,并被检测到超出阈值,是需要一定时间的。而这段时间内足以导致端口烧损。
因此部分厂商采用双NTC的方案来做端口防护,即在Type-C口放置两颗NTC,如果:
- 两颗NTC任何一个温度超出阈值
- 两颗NTC的温升速率有明显差异
系统便认为是端口异常,此时用防烧MOS把充电器拉死,并在手机的界面上提示进了异物或液体。


总结
你可以把防护电路看作是一个保镖,但保镖也有马失前蹄的时候。所以防护电路并非100%规避问题的发生,只是降低问题发生的概率而已。就像安倍晋三贵为日本首相,权势煊赫,安保工作不可谓不严密,但仍能被刺客得手,世事难料。
因此,用户还得自己爱护手机,别把它置于水深火热之中,小心灰飞烟灭,幻化成空。