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虎踞江东,手机VBUS防护设计简述

2025年11月13日

(策)呼权,佩以印绶,谓曰:“举江东之众,决机于两陈之间,与天下争衡,卿不如我;举贤任能,各尽其心以保江东,我不如卿。”丙午,策卒,时年二十六。——《资治通鉴•卷六十三•汉纪五十五》

三国之世,英雄辈出,曹魏占了挟天子以令诸侯的便宜,蜀汉占了帝裔的便宜。而南方的孙吴,在分裂之世,竟没有什么便宜可占,其立足靠的是孙氏三世英豪。孙坚早死,而孙策、孙权终不负父亲期望,少年英雄,底定江东。

孙策一表人才,英武一如其父,三国志上记载“美姿颜,好笑语,性阔达听受(接受别人意见),善于用人”。父死之后,妥善安排好母亲,二十岁时往寿春见袁术,索要其父旧部。他那时虽然年轻,却谦抑有礼,文武双全,所以认识或不认识他的人,都对他倾心。连袁术也感叹:“有子能如孙郎,死复何恨!”

孙策于父死后五年之间,从一无所有而用兵江东,奄有六郡之地。但孙策轻视安保工作,喜欢打猎,在丹徒遇刺。临死前将吴主之位传给他最看重的兄弟 - 19岁的孙权,配以印绶并对他说:“带领江东士众,决战两阵之前,与天下豪杰争雄,你不如我;但举贤任能,各尽其心,以保江东,我不如你”,孙策当晚不治而死。

孙权遂继承父兄的基业,史书记载孙权“碧眼、紫髯、方颐大口,目有精光”。孙策麾下张昭、周瑜、程普、吕范等都对他委心相待。江东百姓,以及寄身吴地的英杰也都觉得孙权少年老成,可与共成大业,可以寄托身家性命,由是人心大定。

正所谓“客行依主人,愿得主人强。猛虎依深山,愿得松柏长”。再看看当前执行35岁优化的中国职场,简直如猪犬。至于那些搞嫡系文化、PUA的中层,亦不过是只猴子。

其后孙权内平山越,外御强敌,举贤任能,各尽其心,在赤壁之战时,果敢而有谋略。甚至连曹操都感叹:“生子当如孙仲谋,刘景升(刘表)之子,猪犬耳!”,算的上是发自内心的欣赏。

而手机Type-C口VBUS线路的防护设计,由两种器件组合构成,其特性与孙家兄弟非常像。像是孙策和孙权一样,守护了江东的完整与尊严,而它们守护了手机充电时的浪涌高压安全。

  • TVS管,可以想象为孙策。孙策勇猛果敢、冲锋陷阵、开拓基业,擅长刚猛的正面迎击。当有瞬间高能量的电压尖峰侵袭时,它以“硬碰硬”的方式,扛住瞬时大电流,将异常高压通过自身并泄放到地。但如果瞬间能量超过了TVS承受极限或者过压持续时间过长,这位猛将也可能力竭而亡,表现为TVS烧毁,孙策于江边被刺,命运似乎有相似之处。
  • OVP,可以想象为孙权。孙权擅长治国安邦、稳固基业,他的风格是系统性的防御和管理。持续监测VBUS口的电压。一旦检测到电压持续超过安全阈值(比如过压),它不会去“硬扛”这个电压,而是会策略性地切断通路,像关闭城门一样。它的保护动作更聪明、更安全。

形式一 - TVS + OVP IC

早期的手机项目,充电规格为9V/2A的时候,通常采用该形式。

TVS和OVP IC相辅相成:

  • 第一道防线由TVS构成:应对端口热插拔时那些快速的、突发的骚扰和偷袭(ESD、EOS等瞬态干扰)。
  • 第二道防线由OVP IC构成:OVP IC速度相比TVS会慢一些,如果遇到大规模的、持续的“入侵”(如劣质充电器的持续过压),或者TVS未能完全抵挡的威胁(如TVS钳位后的电压仍很大),或者TVS阵亡了,OVP芯片便在感知到高压后,直接关闭城门,切断电源通路,保护后级PMIC、SoC的安全。

可能有人会问,TVS阵亡了,手机不是一样不能使用了吗?

TVS如果完成了它的职责,首先保护了后级昂贵的大件(PMIC、CPU、DDR、UFS等),使其不出灾难性的bug,如充电PMIC的bug会有充电起火爆炸的可能性。其次,它虽然阵亡,但维修成本很低,去售后换个小板就行,而不是花大价钱换主板。

OVP IC的过压反应时间通常为50nS左右,如下图。

形式二 - TVS + OVP MOS

形式一主要用于小功率充电项目,当充电功率来到67W及以上的时候,OVP IC因为内阻过大而变得不适用。于是业界发展出采用分立MOS作为过压保护开关来实现第二道防线,如下图所示。分立MOS的Rds_on可以做的很小,利于优化充电温升,甚至有的项目采用两颗MOS并联做OVP MOS,而这能进一步降低Rds_on。

手机厂商会制定USB口VBUS的浪涌防护标准,并且为了实现这个标准,选择合适的TVS和MOS,然后配置好寄存器参数,组合进行整机实验,摸底能力。

某手机进行200V浪涌测试时,摸底到的波形图如下图,能看到OVPMOS在过压时发生关断。但需要注意的是,这张图对应的TVS为30V的TVS,而OVP过压点配置的为22V,这不合逻辑,因为OVPMOS动作在前,TVS钳位在后,很迟,不符合防护设计初衷,请不要借鉴。世界是个巨大的草台班子,切莫一根筋follow大厂的设计,30V TVS在这里有充当贪生怕死之辈的嫌疑。

总结

因个人精力原因,无法写的很细,只能做概略性的科普,如果能启发到您,将是我的荣幸,接下来继续讲防护。

标签: OVP TVS 手机充电防护 浪涌测试
最后更新:2026年1月11日


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夜枭

夜枭,暗夜里的精灵,雅典娜在凡间的使者,不瞩目于明亮的日光,在意的是万物的启迪。

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