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小功率充電器對片式保險(xiǎn)絲的變更性需求

發(fā)布時(shí)間:2012-12-14 來源:電子元件技術(shù)網(wǎng) 責(zé)任編輯:hedyxing

【導(dǎo)讀】本文從各類充電器的便攜式需求入手,分析人們對充電器以及適配器的小型化需求、輕薄化需求、安全可靠性需求,從而尋求元件小型化,貼片化的解決方案。

作為一個(gè)保險(xiǎn)絲生產(chǎn)廠商,AEM首先要考慮片式保險(xiǎn)絲在其中可以發(fā)揮的作用,包括對空間利用的改革,對生產(chǎn)工藝的改進(jìn),對產(chǎn)品可靠性的提高。在成本變動(dòng)不大的情況下,對這個(gè)行業(yè)起到小小的作用,或?qū)⒁l(fā)工程師對設(shè)計(jì)理念的根本性變革。

這是一個(gè)信息時(shí)代,是智能手機(jī)以及其他智能移動(dòng)終端蓬勃發(fā)展的大時(shí)代。人們早已經(jīng)不滿足于手機(jī)只能打電話發(fā)短信了,甚至也開始不滿足于已有的部分智能功能。

隨著手機(jī)3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,隨著人們視覺與觸覺的拓展,智能手機(jī)不斷擁有了新的技術(shù),真正取得了日新月異的突破與發(fā)展。在此基礎(chǔ)上,我們發(fā)現(xiàn),手機(jī)的硬件配置越來越高,電腦進(jìn)入四核時(shí)代沒有多久,手機(jī)也緊跟著步入四核時(shí)代;尺寸越做越大,5寸屏已不是稀奇,并且屏幕有往更大尺寸發(fā)展的趨勢。在不久的將來,智能手機(jī)與平板電腦將會(huì)有很難區(qū)分的模糊界限。

可是問題也在這里,人們所喜愛的智能移動(dòng)終端就目前看來,尺寸不會(huì)再縮小了,因?yàn)橐獫M足各類智能應(yīng)用,尺寸必然有局限性,不然,我們的手腳無法施展,我們的眼睛也會(huì)疲憊不堪。同時(shí),宅男霉女、技術(shù)控、游戲控,出差人都漸漸將關(guān)注重心從笨重的電腦,筆記本等產(chǎn)品上轉(zhuǎn)移到便攜式智能移動(dòng)終端上來了。

現(xiàn)在出個(gè)門,兩個(gè)智能手機(jī)變成標(biāo)配,另外,再帶上一臺筆記本,一臺平板電腦,你的包里將會(huì)塞滿各種充電器,并且雜亂不堪。雖然工信部已經(jīng)確定了手機(jī)充電器接口的新標(biāo)準(zhǔn),特別是可以充不同品牌的手機(jī),這個(gè)舉措非常必要而且也一定會(huì)得到消費(fèi)者的廣泛歡迎,但這次推出的標(biāo)準(zhǔn)還只是推薦性的,不是強(qiáng)制性的,所以仍然有一個(gè)過渡期。并且就筆者看來,各類便攜式移動(dòng)智能終端產(chǎn)品,它們本身搭配的電池容量不盡相同,使用同一個(gè)充電器的話,傷害電池不說,更危險(xiǎn)的是存在安全隱患。最近就經(jīng)常有人用IPAD的充電器給IPHONE充電,導(dǎo)致IPHONE發(fā)生爆炸,引發(fā)火災(zāi)以及危害人身安全。
 
所以,人們出門在外,特別希望充電器或者適配器越小越好,越輕薄越好。人們已厭倦了各種體型笨重規(guī)格繁瑣的充電器。在目前這個(gè)格局下,廠商不僅在智能終端的厚度上和重量上做文章,另外,還需要在充電器或者適配器上投入研發(fā)精力,在外形和尺寸上取得技術(shù)突破,得到消費(fèi)者的認(rèn)可,從而占領(lǐng)這個(gè)市場。
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就手機(jī)以及平板電腦充電器而言,在這類在小功率電源中,線性電源早已被淘汰,這類電源線路簡單,發(fā)熱量大,散熱片尺寸較大,效率低,如下圖所示,體積龐大的四方塊,攜帶極不方便。


線性電源充電器

而開關(guān)電源的特點(diǎn)是容量大、體積小、重量輕(體積和重量只有線性電源的20~30%)、效率高(一般為70~80%,而線性電源只有30~40%)、自身抗干擾性強(qiáng)、輸出電壓范圍寬、模塊化。但開關(guān)電源輸出的直流會(huì)疊加較大的紋波(50mV at 5V output typical),在輸出端并接穩(wěn)壓二極管可以改善,另外由于開關(guān)管工作會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾,也需要在電路中串連磁珠加以改善。

開關(guān)電源代表了小功率穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向,現(xiàn)已成為小功率穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品,如下圖所示:

開關(guān)電源充電器
開關(guān)電源充電器

目前,手機(jī)充電器多為單端反激式開關(guān)電源。好的開關(guān)電源主要由輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路組成。其中保護(hù)電路比如有空載、短路等保護(hù),缺少這些保護(hù)可能會(huì)燒毀開關(guān)電源或者負(fù)載。現(xiàn)在消費(fèi)者經(jīng)常會(huì)買到一些假冒偽劣的充電器。這類充電器實(shí)際就是一個(gè)極其簡單的變壓器,沒有任何安全保證。用戶覺得重量較輕,也是因?yàn)橥倒p料,沒有使用保護(hù)電路的緣故。另外,在實(shí)際的充電過程中,這類產(chǎn)品無法保證充電的穩(wěn)定性,對電池的性能和壽命將會(huì)有較大的傷害,甚至?xí)龎碾姵?,引發(fā)爆炸,危害財(cái)產(chǎn)安全和人身安全。

充電器內(nèi)部較為常見的是沒有安裝保險(xiǎn)絲,或者僅僅以10Ω電阻來代替,如下圖所示,這塊板子沒有使用保險(xiǎn)絲。

沒有保險(xiǎn)絲的充電器
沒有保險(xiǎn)絲的充電器

下圖中,這是一個(gè)高品質(zhì)的手機(jī)充電器,電路板上能夠看到一個(gè)玻璃管保險(xiǎn)絲,并且有熱縮套管包在其周圍,很好的起到了源頭的過流保護(hù)作用。但縱觀板子的正面與反面,我們會(huì)看到,正面眾多插件元件,有如高樓林立,顯得擁擠不堪,而背面貼片部位則優(yōu)哉游哉,可用空間較大。

有保險(xiǎn)絲的充電器
有保險(xiǎn)絲的充電器

我們可以嘗試將玻璃管保險(xiǎn)絲替換成貼片保險(xiǎn)絲,不管是安裝在正面還是背面,都將節(jié)省出一定的投影面積和高度,更有利于工程師的元件布局,提高設(shè)計(jì)能力。如下圖所示,棕色部位為AEM-MF2410保險(xiǎn)絲。我們可以看到,原先如上圖使用的玻璃管保險(xiǎn)絲基本上是除了變壓器之外所有元件中最高的。在使用貼片保險(xiǎn)絲之后,我們可以選擇高度較小的變壓器,并且有空間將最高的電容橫放,使整個(gè)充電器做小做薄,這里,我們還可以節(jié)省熱縮套管的費(fèi)用以及一定的插件工時(shí)。當(dāng)然,完成這些也不能光靠保險(xiǎn)絲的更換,其他元件在此基礎(chǔ)上變薄變小也就顯得有意義了。

應(yīng)用AEM-MF2410保險(xiǎn)絲
應(yīng)用AEM-MF2410保險(xiǎn)絲

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我們再來看看,不同保險(xiǎn)絲的具體尺寸是多少,從而了解元器件小型化,貼片化給我們帶來的好處。從下圖示例中,我們可以看到,在充電器里使用AEM-MF2410貼片保險(xiǎn)絲,我們可以節(jié)省50-80%的占據(jù)面積,并將高度減少到2.2mm,有助于產(chǎn)品的輕薄化發(fā)展。另外,由插件產(chǎn)品變更為貼片產(chǎn)品,將省卻這部分的人工安裝工時(shí),并且SMT制程將更可靠,效率更高,不會(huì)因?yàn)楣と说男膽B(tài)問題、操作水平問題而出現(xiàn)安裝不良。

使用AEM-MF2410貼片保險(xiǎn)絲節(jié)省50-80%的面積
使用AEM-MF2410貼片保險(xiǎn)絲節(jié)省50-80%的面積

以上是以手機(jī)旅行充電器為例,下面我們再來看看貼片保險(xiǎn)絲在車載充電器中的應(yīng)用。常見的車載充電器電路圖如下:

車載充電器電路圖
車載充電器電路圖

由于汽車的啟動(dòng)脈沖電流(幾十安)以及車充插拔的脈沖電流較大(13A/380uS的脈沖,工作電流為0.5A~0.8A,模擬負(fù)載為GPS,工作電流為1-1.4A),在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中,我們建議工程師在芯片前加入一個(gè)保險(xiǎn)絲,來防止由于短路引發(fā)的意外狀況。

目前,車充市場不太規(guī)范,各種假冒偽劣產(chǎn)品橫行,缺少最起碼的過流保護(hù)元件FUSE,如下圖:

缺少fuse的假冒偽劣車載充電器
缺少fuse的假冒偽劣車載充電器

一根彈簧直接頂出去,沒有使用FUSE,可想而知,在發(fā)生短路的時(shí)候,勢必要燒掉汽車點(diǎn)煙器內(nèi)部10A的保險(xiǎn)絲,并且大多數(shù)人是不會(huì)自己去更換汽車保險(xiǎn)絲的,為自己的工作生活帶來小小的麻煩。
 
下圖為正規(guī)廠商出品的車載充電器,使用2A的玻璃管保險(xiǎn)絲。

適用2A保險(xiǎn)絲的正規(guī)車載充電器

使用2A保險(xiǎn)絲的正規(guī)車載充電器
使用2A保險(xiǎn)絲的正規(guī)車載充電器

下圖中,玻璃管保險(xiǎn)絲還另外配備銅管來進(jìn)行防爆處理,成本不菲。

保險(xiǎn)絲配備銅管
保險(xiǎn)絲配備銅管

綜上所述,使用玻璃管保險(xiǎn)絲,會(huì)額外增加一些輔助結(jié)構(gòu)件,并無法免除人工工時(shí)。下面,我們再來看看,如果在車充上也使用貼片保險(xiǎn)絲,會(huì)是怎樣一個(gè)局面?如下圖所示,我們可以看到,玻璃管保險(xiǎn)絲沒有了,取而代之的圓圈之內(nèi)的AEM-1206HI系列的貼片保險(xiǎn)絲,布局簡單,設(shè)計(jì)方便。我們可以使結(jié)構(gòu)件,部分人工工時(shí)都得到減免,大大提高生產(chǎn)效率和良率。

使用AEM-1206HI 2.5A貼片保險(xiǎn)絲,布局簡單
使用AEM-1206HI 貼片保險(xiǎn)絲,布局簡單

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