做与电源管理相关的应用而不遭遇设备损坏是不可能的，尽管没有人愿意这样做。我做了15年的电源管理设备FAE，遇到过无数这样的情况，同事也是，经常处于忙碌状态。很多客户遇到这样的问题都会希望得到一份详细的分析报告，将损坏的样品送回原厂进行分析成为了很多客户的首选，但是我经常反对这样做，一直主张问题要在第一现场处理，但是送厂分析的情况还是会经常发生，很多结论都是EOS。如果多次出现这种情况，你就会产生情绪。你不能给我一些其他的理由吗？为什么总是EOS？这种情绪不仅会出现在我身上，也会出现在别人身上。
这里说的心情不是好心情，否则没必要说。我们厌倦EOS的结论只是因为它太规范了，总是出现，但想知道为什么，却找不到方向，不知道怎么处理，导致厌倦。如果一开始就知道是什么，那么这个结论就能给我们指明方向，知道如何下手。我心如明镜，哪里会有情绪？
EOS的定义
EOS是Electrical Over Stress的首字母缩写，意为电超应力，是指对受试者施加过高的电压和/或电流信号，受不了而受损，所以称之为“过应力”。
EOS的发生和危害
EOS有三种产生方式：高电压、大电流和高电压大电流。
高电压容易产生，也容易被看到。我们的万用表和示波器经常给我们提供这样的信息，也是最方便测量的，所以很容易被感知。高压带来的危害往往是击穿，因为它在测试对象内部形成高压电场，物质分子可以被极化、撕裂，进而形成大电流通路，升温，甚至燃烧，直至被完全破坏。
大电流流过物体时，往往伴随着热量，因为一般物质中总是存在电阻，I2R的结果就是热量，热量与电流的平方成正比。这个世界上没有什么东西可以承受无尽的热量，所以大电流的危害往往很大。
如果两者结合在一起，高热是自然而然的结果，危害就不细说了。都是眼泪！
根据欧姆定律，I=V/R，R通常是负载的特性，电压是外应力，两者结合产生电流，这是一个结果。所以我们的关注点往往在电压上，管理好了很多问题是可以避免的。
电源集成电路的自我保护方法
当IC端子施加过大的电压时，很容易被损坏，这种机会很容易发生。比如随时会遇到静电放电，所以ic会在大部分外部端子上预置静电放电单元，如下图所示：
这是一个降压转换器IC，在VIN、en、FB和GND之间以及BOOT和SW端子之间设计了ESD保护单元，当这些端子上出现较高电压时，可以开启ESD保护单元，以限制过高的电压，防止它们因过高的电压应力而损坏。
我们来看看下面这个IC。它的型号是RT9746，是一款过流过压保护IC。它允许6.2V~14.5V(可选)的电压通过它传递给负载，超过它就会关断，保护系统不受损坏，可以承受高达100V V的电压冲击，这是因为它的输入端增加了可以将输入电压箝位在30V的功率TVS。
如果端口上有80V电压浪涌，如下图所示：
因为RT9746的存在，这个高压信号变成了下面的，对芯片造成伤害的可能性大大降低了。
查看其内部框图，我们可以看到内部TVS的存在，它位于VIN和GND_PTVS终端之间。
如果我们回到降压转换器，用RT7285C型器件测试VIN和GND之间的ESD保护单元，我们会发现其箝位电压为25.5V:
根据规范，设备的推荐工作电压最多为18V，最大允许电压为20V。这些参数在规范中显示如下：
实际上，每个IC端子的ESD保护单元的箝位电压都高于其允许的绝对最大额定电压，它们之间的关系如下图所示：
在实际工作中，一般情况下，只有低于推荐最大工作电压的电压才能加到端子上，只有在非常特殊的情况下，电压才能提高到绝对最大额定电压。一旦电压过高，进入ESD元件的箝位保护区，ESD元件就会被触发，电流就会进入其中，被引向地。这些能量不会被正常使用而是会被消耗掉。电压高一点的地方，就是器件制造工艺和设计的允许极限，永远不能碰。如此高的电压会直接击穿器件，没有环回的余地。但是只要有ESD器件，器件的击穿区域就不会被触及，因为电压是被ESD器件钳位的，这就是ESD器件存在的意义。
ESD电路模型和ESD过程
ESD是静电放电的缩写，意思是静电放电。静电非常容易出现。它们往往积聚在物体表面，这样的表面与对面电极之间的电容极小，从而形成高压。一旦有机会形成回路，这些静电荷就会移动实现电中和，它们的放电过程会非常快，所以瞬间就能释放出大量的能量。模拟这种静电放电过程最常用的模型是人体模型，先将一个100pF的电容充电到一定的电压，比如2kV，然后通过串联一个1.5k的电阻对被测器件进行放电，以此来检验该器件是否能在这种环境下存活。实验中的电路模型和放电过程如下图所示：
图中的DUT是被测器件，ESD单元就是上面提到的ESD单元，起到从电容C1中释放电能的作用。
对于2kV静电测试，电容中存储的总电荷约为0.2 C，如果被测器件中ESD单元的箝位电压为27V，则充放电过程中留在该单元中的能量约为27V x 0.2 C=5.4 J，这些能量将在ESD单元中转化为热量，使其温度升高。显然，器件的封装会起到热平衡的作用，这种放电过程产生的热量会通过封装扩散到周围环境中，最终达到一定程度的稳定。
EOS的出现
如果上述ESD现象呈现出更高的电压、更大的电容和更高的箝位电压，我们会发现最终落在ESD单元上的能量会更大，使得器件的封装来不及散发太多热量，ESD单元会因温度过高而损坏，构成EOS事件，这与上述实验并无本质区别，只是量变带来了质变。
EOS现象的演示实验
在RT 7285 C的vin端测试ESD单元箝位电压的实验中，我们可以看到箝位电压在25.5V，流过的电流被限制在100 A x 10=1mA。由于电流很小，最大功耗只有25.5mW，器件是安全的。以下演示将增加电流限制，设备将变得不安全。
当电流限制在40mA时，ESD单元进入箝位状态，但没有失效。当电流极限进一步放大时，器件失效，而且这种失效是不可逆的。
这些测试是在Curve Tracer上进行的，Curve Tracer是一种测量电压和电流之间关系的指示器。有些人可能不习惯。我们用示波器看一下。
热量的积累和释放是需要时间的，所以我们可以用可变电流脉宽来看ESD单元的续航能力，所以我们有以下测试方法：
当可变宽度的脉冲信号加到Q2的基极时，Q1会输出相应的电流脉冲，连接在被测器件上的示波器会记录流过ESD单元的电流和形成的电压。当ESD单元因热量积聚过多而损坏时，测得的电流会增加，电压会降低，这意味着ESD单元已经损坏。
该图显示一个持续时间为7s的197mA电流脉冲流过ESD单元，安然无恙。
这两张图片显示，持续时间为6.2秒的268毫安电流脉冲和持续时间为11.1秒的175毫安电流脉冲损坏了ESD单元
这三组数据告诉我们的是一个事实，损坏的原因不是电流的大小，而是电流的时间积累，电压从来没有变化过。
如果我们在时间上扩展波形，我们将看到击穿后的ESD单元只有非常低的电压：
如上图，击穿后的电压约为3V。如果这样的器件在电路中损坏，就意味着有大电流流过，很难确定最后会发生什么危险。
EOS之后的设备是什么样子的？看看下面的图片，你可能会发现一些线索：
从放大的曲线图可以看出，ESD单元所在的地方有高温灼烧的痕迹，相邻的上桥MOSFET开关区域也有损坏。总的来说这是个小伤，因为是在受控的情况下发生的，实际操作中的伤可能是各种各样的，有的会很可怕。如果你不相信我，我们来看看下面这张图：
当最初的工程师得到这样的东西时，解剖的结果通常是一样的。他能看出是被EOS攻击了，但是很难看出这个EOS是怎么发生的，所以事情还得回到原点。我们需要探究现场发生了什么。这是很多FAE都在做的，也是作为应用工程师需要学习的。
