USB电源适配器电路的保护解决方案

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从苹果手机的USB电源适配等为代表的小型化适配器越来越受人亲睐,越来越多的电路元器件的SMD小型化封装让以往常见的电源充电器能够做到更加的小巧玲珑,集美观与便携于一体。 本文从内部电路重要的安规器件--保险丝的应用角度,说明AEM科技推出的**型SMD 250VAC FUSE--MF2410系列 适应潮流,如何布局在这类小尺寸AC/DC电源适配器 上的交流应用,并如何做到我们倡导的“该断时及时断,不该断是不能断,时时保障**!”的要求呢。

作为一款UMF通用模块型保险丝,必须让工程师在设计初考虑满足下述要求。

一、结构上*大限度满足小尺寸电源适配器对器件的小体积要求

以USB power Adapter为例,在这个层面上,结构限制了内部元件的体积,例如硬币大小的PCB面积也让SMD元件成了工程师的**。

   图1 整体设计的PCB面积均如硬币大小,可以让外观做到迷你型。

作为安规元件的保险丝,MF2410通用模块保险丝满足了上面的小体积和SMD工艺的需求。相对于传统保险丝的尺寸,MF的体积小优势十分明显。

我们来看看市面上常用的几种保险丝尺寸大小比例:

   表1 常见保险丝尺寸比较

图2 可以看出MF 通用模块保险丝*大限度满足对体积的要求。

二、适合回流焊与波峰焊的SMT工艺

从生产工艺上讲,AEM 的MF保险丝材料与结构独具特点,这种SMT生产工艺不单省却了不少人工与辅材成本,根据我们对采用SMD fuse的客户原因调查,插件的引脚弯折加工导致fuse本体坏也是其中一种原因。

其次,由于电源电路插件的元件必不可少,因此生产工厂有采用波峰焊焊接的方式,保险丝需要承受波峰焊锡高温,与业界其它SMD陶瓷保险丝相比,AEM 的UMF通用模块式保险丝以环氧树脂为基体,电镀通孔的连接方式使熔丝与端头形成可靠的电连接和机械连接,不存在端头焊接受热脱帽现象,耐高温的能力突出。

   图3 满足波峰焊、回流焊或手工焊的焊接工艺

三、基于电源电路设计的应用

USB 电源适配器电路属于AC/DC电源线路,典型的开关电源组成如下:

   开关电源电路组成框图

开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM 控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

1、常见输入电路对保险丝的雷击测试考量:

1.1、AC 输入防雷电路工作原理:

雷击测试时,由 MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。当然在实际客户应用中,基于成本考虑,大部分厂家对F2、F3只在严酷的环境中使用。典型电路单元如下:

1.2我们来计算差模雷击对保险丝的要求:

》电路若有阻抗(如MLV),Peak值估计大约为理论值的60~70%;例如,典型的雷击电流波形和参数如下:

根据IEC*新标准要求四个相位角度测试至少10次,计算:

对于差模500v, I?T= 0.5*(250A*70%)^2*30us=0.416 A?S.

由此估算:差模500V,需要保险丝的I?t至少0.46 A?S以上,MF2410系列1A 保险丝在在该时间段I?t为0.6A?S,满足500V雷击要求。

对于差模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 保险丝在该时间段I?t为3 A?S,因此可以满足该级别雷击的需求。

根据欧规EN55024 和国标GB17618标准,通信类消费电子产品电源(charge、Adapter…)以雷击差模1000V,共模2000V为标准。因此,基于2410尺寸的MF 2A保险丝满足差模1KV的雷击要求。

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