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智能手機數(shù)據(jù)線的電路保護方案

發(fā)布時間:2014-09-04 責(zé)任編輯:mrcoocom

【導(dǎo)讀】目前市場上的智能移動手機,絕大多數(shù)設(shè)備集大屏幕和多種功能于一身,同時還要求設(shè)備能長時間工作,為符合智能手機的這一變化,目前市場上主流的手機充電器已經(jīng)由之前的500mA~700mA充電電流變成了1A~2A的充電電流。充電電流的增大,對于充電數(shù)據(jù)線的要求也提出了更高的要求。
目前市場上的智能移動手機,絕大多數(shù)設(shè)備集大屏幕和多種功能于一身,同時還要求設(shè)備能長時間工作,這勢必需要更大容量的電池來支持這一特性。而電池容量的增大,如果還是按照以前的小電流充電,必然會增加充電時間,這會大大降低智能手機的用戶體驗。如果需要充電時間不變、或者在短時間內(nèi)能完成90%電池充電,就必須使用充電電流更大的手機充電器。

智能手機數(shù)據(jù)線的電路保護方案

因此為符合智能手機的這一變化,目前市場上主流的手機充電器已經(jīng)由之前的500mA~700mA充電電流變成了1A~2A的充電電流。充電電流的增大,對于充電數(shù)據(jù)線的要求也提出了更高的要求,不僅僅是數(shù)據(jù)線中電源線和接地線的線徑變粗,同時對于小型的microUSB端口接觸的可靠性也要求更高。如果microUSB端口在使用過程中有接觸不良、或者有異物掉入(類似汗液之類東西)等情況發(fā)生,那么在2A電流充電的過程中,在microUSB端口處就會有很大的功耗(I2R的關(guān)系),如果這個功耗大大的超過手機microUSB端口能承受的范圍,端口就會發(fā)熱,進而燒黑,嚴(yán)重情況下會燒毀手機,發(fā)生火災(zāi)。在智能手機實際使用過程中,發(fā)生手機燒毀甚至爆炸的案例,也時有所聞,這對消費者的人身安全構(gòu)成了重大的危險,對智能手機microUSB端口的安全保護也成為眾多廠家亟需完善的課題。

針對智能手機數(shù)據(jù)線的microUSB端口存在的以上風(fēng)險,TE Connectivity公司(以下簡稱TE公司)電路保護事業(yè)部已經(jīng)提出了解決方案,使用高分子正溫度系數(shù)可恢復(fù)電阻(PolySwitch產(chǎn)品)安裝在microUSB數(shù)據(jù)線內(nèi)部進行有效溫度保護。下文首先介紹一下PolySwitch產(chǎn)品。

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1.PolySwitch產(chǎn)品特性介紹

TE公司電路保護部門PolySwitch器件是由半晶狀聚合物和導(dǎo)電微粒復(fù)合而成。在正常溫度下,導(dǎo)電微粒在聚合物中構(gòu)成低電阻的網(wǎng)格(如圖1所示)。然而,不論因為通過器件的電流升高或者因為環(huán)境溫度升高,當(dāng)溫度高至器件的開關(guān)溫度(TSw)時,聚合物內(nèi)的晶狀體將熔化并變成非晶狀。而在晶狀體的熔化過程中其體積將增加并分離了導(dǎo)電粒子,從而導(dǎo)致器件電阻非線性的增加。

智能手機數(shù)據(jù)線的電路保護方案
 
圖1 PolySwitch工作原理

只要外部施加的電源電壓保持在這個電平,則器件會一直鎖定在動作狀態(tài)(即器件會一直保持閂鎖在保護狀態(tài))。一旦電壓下降或者電源被斷開重新啟動后,PolySwitch器件就會恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

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2.TE公司的micro USB端口保護方案介紹

從上文知道,TE公司的可恢復(fù)保險電阻 PolySwitch產(chǎn)品是一種可以實現(xiàn)過溫以及過流保護的器件。在智能手機microUSB端口數(shù)據(jù)線保護方案中,只需要簡單地把PolySwitch 器件串聯(lián)到microUSB接口 Vbus電源中,只要PolySwitch產(chǎn)品監(jiān)測到microUSB端口的溫度超過一定數(shù)值,可恢復(fù)保險電阻就會動作,電阻增大,從而切斷高達2A的充電電流,使microUSB端口的溫度冷卻下來而不至于損壞端口。

在使用中需要注意的是,要把PolySwitch產(chǎn)品放置到microUSB數(shù)據(jù)線一側(cè),才能對端口發(fā)生的故障實現(xiàn)有效的保護。如果把PolySwitch放置到智能手機內(nèi)部,也就是手機的電源輸入端處,雖然這個方式可以對手機內(nèi)部的短路和過流實現(xiàn)有效的保護,但是對于在microUSB端口發(fā)生的故障不能實現(xiàn)有效地保護,因為由于端口處異物的存在,在 microUSB端口就形成了一個低阻回路,手機充電器的電流可以經(jīng)由microUSB端口的低阻回路回到充電器電路中,也就是電流不會再流到手機內(nèi)部。 圖2是智能手機microUSB端口保護簡圖。電路保護的一個原則就是保護元件一定要放在被保護電路的上游處,這樣才能對下游的電子器件實現(xiàn)有效地保護。對于這種故障原因,PolySwitch一定要放在故障點即端口之前才能有效地實現(xiàn)保護,所以PolySwitch產(chǎn)品放在microUSB數(shù)據(jù)線內(nèi)部是一種切實可行的方案。

智能手機數(shù)據(jù)線的電路保護方案
 
圖2 智能手機microUSB端口保護簡圖

對 于智能手機microUSB端口保護,TE公司的PolySwitch方案,和集成電路方案相比,具有可靠性高,成本低,使用簡單等特點。集成電路方案利 用溫度傳感器檢測端口溫度,需要溫度檢測芯片、NTC溫度傳感器以及控制回路等,元器件多,設(shè)計復(fù)雜,成本高。TE公司的PolySwitch通過UL認(rèn) 證,是一種可靠性非常高的元器件,只需要一個元件就能實現(xiàn)有效全面保護。同時TE 公司的電路保護事業(yè)部憑借著幾十年在可恢復(fù)保險電阻產(chǎn)品的經(jīng)驗,更可將該產(chǎn)品與microUSB端口處安裝設(shè)計的影響簡化到最小化,從外觀上基本不改變 microUSB數(shù)據(jù)線的原有形狀。

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3.結(jié)束語

microUSB數(shù)據(jù)線不僅僅在智能手機上有著廣泛應(yīng)用,在其它移動智能設(shè)備比如平板電腦上同樣有著非常普遍的應(yīng)用。TE電路保護部始終致力于提高用戶使用的安全性,在智能設(shè)備microUSB端口的保護提出了很多具體實施方案,為客戶提供一整套完整的保護解決方案。


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