Wie Sie mit koordinierten ESD- und Überstromschutz-Strategien Schäden an USB-Ladesystemen vermeiden

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ET System electronic GmbH

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TE Connectivity Ltd.

Schutz gegen Überstrom und elektrostatischen Aufladungen

Bild 4 zeigt eine koordinierte Schaltungsschutz-Strategie für Host- oder Hub-Ladeschaltungen. Hier bietet ein PolySwitch-PPTC-Baustein Schutz vor Überstrom-Schäden an VBUS, während ESD- oder PESD-Schutzbausteine von Tyco Electronics elektrostatische Entladungen von den empfindlichen Schaltungen auf den Datenleitungen ableiten. PESD-Bausteine haben eine kleinere Kapazität als herkömmliche MLV- (Multilayer Varistor) oder TVS- (Transient Voltage Suppression) Diodenbausteine. Auch ihre niedrige Auslösespannung sowie ihre geringe Clamping-Spannung trägt zum Schutz empfindlicher elektronischer Bauteile bei.

Überlegungen zum Schutz gegen Überladung

Entsprechend der Empfehlungen des Standards IEEE 1725-206 für wiederaufladbare Batterien in Mobiltelefonen und der Cellular Telecommunications and Internet Association (CTIA) orientieren sich die Maximalwerte für Ladespannung und -strom an den Richtwerten, auf die sich die Hersteller von Batteriezellen, Akkupaketen und der entsprechenden Zielgeräte geeinigt haben. Diese Richtwerte beruhen auf den Obergrenzen für die von den Zellen-Herstellern spezifizierten Zellenspannungen und -Ströme.

Überspannungsschutz bei USB 2.0 bis 16 oder gar 24V angekündigt

Einige Großserienhersteller haben angekündigt, dass sie ihre USB-2.0-Systeme für einen Schutz gegen Überspannungen bis 16 V auslegen werden. Damit wollen sie die durch Überspannungs-Transienten bedingten Schäden und Servicerückläufe minimieren. Manche Systeme müssen sogar für einen Überspannungsschutz bis 24 V dimensioniert werden. Entwickler müssen diesen Wert womöglich noch höher ansetzen, um die in der USB-Ladegerätespezifikation erlaubten höheren Ströme und Gefährdungen durch schlecht geregelte Ladegeräte anderer Anbieter zu berücksichtigen.

Der Entwickler muss entscheiden, wie viel Schutz seine USB-Anwendung braucht

Der Bedienungskomfort tragbarer elektronischer Geräte wird sich mit neuen Ladeschaltungs-Technologien verbessern. Diese Anwendungen mit höherem Betriebsstrom erfordern aber einen robusteren Schaltungsschutz, um Schäden aufgrund von Überspannungs-Transienten sowie anhaltenden Überspannungs- und Überstrombedingungen zu vermeiden. Die konkreten Schutzanforderungen sind aber anwendungsabhängig. Der Entwickler muss also entscheiden, wie viel Schutz er für seine Anwendung braucht. Bei der Auswahl verfügbarer Möglichkeiten können die Empfehlungen der Bauteile Hersteller sinnvoll sein, und eine Evaluation alternativer Port-Schutzkonzepte kann wichtige Hinweise für weitere Untersuchungen liefern. Allerdings ist eine genaue Evaluierung der einzelnen Schutzoptionen immer noch der beste Weg, um die Wirksamkeit einer Schutzmaßnahme zu ermitteln.

Kedar Bhatawadekar ist Ingenieur für technisches Marketing und Produktanwendung beim Geschäftsbereich Raychem Circuit Protection Products von Tyco Electronics

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