热插拔，即把上电电压源连接到电子器件的输入电源或电池连接器这一操作，在现代电子设备的使用中十分常见。然而，热插拔过程中产生的电压瞬态尖峰，却可能对器件内部的造成损坏。本文将深入解释此类电压瞬变的根本原因，并提供防止这些瞬变损坏电子产品中集成电路（IC）的有效设计方案。

图 2 - 1. 插入期间的简化等效电路

引言

当将高于 5V 的 USB 适配器或多节电池热插入电子器件时，常常会出现电压尖峰或振铃现象。若连接到输入电源或电池连接器的 IC 引脚额定电压不足，IC 就可能遭受损坏。本应用手册旨在明确电压尖峰和 / 或振铃的根本原因，并介绍如何运用尺寸合适的电阻器和串联电容器（RC）或二极管来防止器件损坏。

根源

较长的电源适配器或电池具有电阻和电感特性，在图 2 - 1 中，电阻和电感分别由 Ri 和 Li 建模。Rc 和 Ci 则表示 IC 的电源或电池引脚之前的输入电容和接地串联电阻。充电器输入侧电压 VIN 由特定的数学模型给出。

以下几个图展示了不同电容、电感和电阻值下 VCi 随时间的变化情况。几乎所有电源 IC 高电流引脚都有一定的外部电容 Ci。从图 2 - 2 可以看出，较高的 CI 有助于抑制电压尖峰，但无法完全消除。图 2 - 3 显示输入杂散电感 Li 对输入电压尖峰有显著影响，较长引线且电感较高会导致更高的电压尖峰和长时间的振铃。如图 2 - 4 所示，将串联电阻 Ri 添加到 Ci 是抑制电压振铃的有效方法。

图 2 - 2. 电容对 VCi 的影响

图 2 - 3. 电感对 VCi 的影响

图 2 - 4. 电阻对 VCi 的影响

RC 缓冲器

图 2 - 2 表明，限度减小输入杂散电感、增加输入电容和电阻（包括使用更高等效串联电阻（ESR）的电容器）有助于抑制输入电压尖峰。但在实际应用中，用户往往难以控制输入杂散电感，而且增加额外的大电容会提高成本并占用更多布板空间。电子器件的电缆长度和串联电感 Li 差异较大，电源引脚电容也因 IC 而异，通常不能有较大的串联电阻。因此，一种有效且经济的方法是不依赖 IC 引脚的电容，而是添加一个额外的小型电容器和串联电阻作为缓冲滤波器，即 RC 缓冲器。

图 3 - 1. 推荐的输入滤波器设计
这种 RC 组合对于常用的适配器电缆长度效果显著，但在某些应用中可能需要进行调整。

TVS 二极管和齐纳二极管

RC 缓冲器适合滤除热插拔适配器引起的瞬变，能使 IC 保持稳定的直流电压供电。然而，如果电源电压摆幅较大，如电池充电器输出端的电池需经常补充系统瞬态负载，RC 缓冲器就不是选择。尽管成本高于 RC 缓冲器，但 TVS 二极管或齐纳二极管可用于抑制适配器热插拔产生的电压尖峰。

图 4 - 1. TVS 二极管特性
瞬态电压抑制二极管（TVS 二极管）用于保护电子元件免受电压尖峰影响，当二极管上的电压超过雪崩击穿电势时开始工作，电压消失后复位，有单向和双向之分。齐纳二极管的工作方式与 TVS 二极管类似，但 TVS 二极管响应速度更快，浪涌电流传导能力更强。选择 TVS 二极管时，需了解要保护的 IC 引脚的安全工作电压和有害电压，所选反向工作电压应高于安全工作电压，钳位电压应低于有害电压。选择齐纳二极管时，要使齐纳电压介于工作电压和有害电压之间。