USB電源適配器電路的保護解決方案
從蘋果手機的USB電源適配等為代表的小型化適配器越來越受人親睞,越來越多的電路元器件的SMD小型化封裝讓以往常見的電源充電器能夠做到更加的小巧玲瓏,集美觀與便攜于一體。 本文從內(nèi)部電路重要的安規(guī)器件--保險絲的應(yīng)用角度,說明AEM科技推出的創(chuàng)新型SMD 250VAC FUSE--MF2410系列 適應(yīng)潮流,如何布局在這類小尺寸AC/DC電源適配器 上的交流應(yīng)用,并如何做到我們倡導(dǎo)的“該斷時及時斷,不該斷是不能斷,時時保障安全!”的要求呢。
作為一款UMF通用模塊型保險絲,必須讓工程師在設(shè)計初考慮滿足下述要求。
一、結(jié)構(gòu)上最大限度滿足小尺寸電源適配器對器件的小體積要求
以USB power Adapter為例,在這個層面上,結(jié)構(gòu)限制了內(nèi)部元件的體積,例如硬幣大小的PCB面積也讓SMD元件成了工程師的首選。
圖1 整體設(shè)計的PCB面積均如硬幣大小,可以讓外觀做到迷你型。
作為安規(guī)元件的保險絲,MF2410通用模塊保險絲滿足了上面的小體積和SMD工藝的需求。相對于傳統(tǒng)保險絲的尺寸,MF的體積小優(yōu)勢十分明顯。
我們來看看市面上常用的幾種保險絲尺寸大小比例:
表1 常見保險絲尺寸比較
圖2 可以看出MF 通用模塊保險絲最大限度滿足對體積的要求。
二、適合回流焊與波峰焊的SMT工藝
從生產(chǎn)工藝上講,AEM 的MF保險絲材料與結(jié)構(gòu)獨具特點,這種SMT生產(chǎn)工藝不單省卻了不少人工與輔材成本,根據(jù)我們對采用SMD fuse的客戶原因調(diào)查,插件的引腳彎折加工導(dǎo)致fuse本體壞也是其中一種原因。
其次,由于電源電路插件的元件必不可少,因此生產(chǎn)工廠有采用波峰焊焊接的方式,保險絲需要承受波峰焊錫高溫,與業(yè)界其它SMD陶瓷保險絲相比,AEM 的UMF通用模塊式保險絲以環(huán)氧樹脂為基體,電鍍通孔的連接方式使熔絲與端頭形成可靠的電連接和機械連接,不存在端頭焊接受熱脫帽現(xiàn)象,耐高溫的能力突出。
圖3 滿足波峰焊、回流焊或手工焊的焊接工藝
三、基于電源電路設(shè)計的應(yīng)用
USB 電源適配器電路屬于AC/DC電源線路,典型的開關(guān)電源組成如下:
開關(guān)電源電路組成框圖
開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器(EMI)、整流濾波電路、功率變換電路、PWM 控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。
1、常見輸入電路對保險絲的雷擊測試考量:
1.1、AC 輸入防雷電路工作原理:
雷擊測試時,由 MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1 組成的電路進行保護。當加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時,其阻值降低,使高壓能量消耗在壓敏電阻上,若電流過大,F(xiàn)1、F2、F3 會燒毀保護后級電路。當然在實際客戶應(yīng)用中,基于成本考慮,大部分廠家對F2、F3只在嚴酷的環(huán)境中使用。典型電路單元如下:
1.2我們來計算差模雷擊對保險絲的要求:
》電路若有阻抗(如MLV),Peak值估計大約為理論值的60~70%;例如,典型的雷擊電流波形和參數(shù)如下:
根據(jù)IEC最新標準要求四個相位角度測試至少10次,計算:
對于差模500v, I?T= 0.5*(250A*70%)^2*30us=0.416 A?S.
由此估算:差模500V,需要保險絲的I?t至少0.46 A?S以上,MF2410系列1A 保險絲在在該時間段I?t為0.6A?S,滿足500V雷擊要求。
對于差模1000v, I?T= 0.5*(500A*70%)^2*30us=1.83 A?S.
由此估算:差模1000V,要求2以上,MF2410 2A 保險絲在該時間段I?t為3 A?S,因此可以滿足該級別雷擊的需求。
根據(jù)歐規(guī)EN55024 和國標GB17618標準,通信類消費電子產(chǎn)品電源(charge、Adapter…)以雷擊差模1000V,共模2000V為標準。因此,基于2410尺寸的MF 2A保險絲滿足差模1KV的雷擊要求。
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