智能手機(jī)microUSB端口數(shù)據(jù)線保護(hù)方案

關(guān)鍵詞： microUSB端口 , 數(shù)據(jù)線 , PolySwitch , 過溫保護(hù) , 過流保護(hù)

        1．智能手機(jī)micro USB端口存在的問題
目前市場(chǎng)上的智能移動(dòng)手機(jī)，絕大多數(shù)設(shè)備集大屏幕和多種功能于一身，同時(shí)還要求設(shè)備能長(zhǎng)時(shí)間工作，這勢(shì)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(huì)增加充電時(shí)間，這會(huì)大大降低智能手機(jī)的用戶體驗(yàn)。如果需要充電時(shí)間不變、或者在短時(shí)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(jī)充電器。
因此為符合智能手機(jī)的這一變化，目前市場(chǎng)上主流的手機(jī)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(duì)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(shí)對(duì)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(huì)有很大的功耗（I2R的關(guān)系），如果這個(gè)功耗大大的超過手機(jī)microUSB端口能承受的范圍，端口就會(huì)發(fā)熱，進(jìn)而燒黑，嚴(yán)重情況下會(huì)燒毀手機(jī)，發(fā)生火災(zāi)。在智能手機(jī)實(shí)際使用過程中，發(fā)生手機(jī)燒毀甚至爆炸的案例，也時(shí)有所聞，這對(duì)消費(fèi)者的人身安全構(gòu)成了重大的危險(xiǎn)，對(duì)智能手機(jī)microUSB端口的安全保護(hù)也成為眾多廠家亟需完善的課題。
針對(duì)智能手機(jī)數(shù)據(jù)線的microUSB端口存在的以上風(fēng)險(xiǎn)，TE Connectivity公司（以下簡(jiǎn)稱TE公司）電路保護(hù)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(jìn)行有效溫度保護(hù)。下文首先介紹一下PolySwitch產(chǎn)品。




       

2．PolySwitch產(chǎn)品特性介紹
TE公司電路保護(hù)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?yàn)橥ㄟ^器件的電流升高或者因?yàn)榄h(huán)境溫度升高，當(dāng)溫度高至器件的開關(guān)溫度（TSw）時(shí)，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。

圖1 PolySwitch工作原理

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




       

3．TE公司的micro USB端口保護(hù)方案介紹
從上文知道，TE公司的可恢復(fù)保險(xiǎn)電阻PolySwitch產(chǎn)品是一種可以實(shí)現(xiàn)過溫以及過流保護(hù)的器件。在智能手機(jī)microUSB端口數(shù)據(jù)線保護(hù)方案中，只需要簡(jiǎn)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(cè)到microUSB端口的溫度超過一定數(shù)值，可恢復(fù)保險(xiǎn)電阻就會(huì)動(dòng)作，電阻增大，從而切斷高達(dá)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(duì)端口發(fā)生的故障實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)。如果把PolySwitch放置到智能手機(jī)內(nèi)部，也就是手機(jī)的電源輸入端處，雖然這個(gè)方式可以對(duì)手機(jī)內(nèi)部的短路和過流實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)，但是對(duì)于在microUSB端口發(fā)生的故障不能實(shí)現(xiàn)有效地保護(hù)，因?yàn)橛捎诙丝谔幃愇锏拇嬖?，在microUSB端口就形成了一個(gè)低阻回路，手機(jī)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(huì)再流到手機(jī)內(nèi)部。圖2是智能手機(jī)microUSB端口保護(hù)簡(jiǎn)圖。電路保護(hù)的一個(gè)原則就是保護(hù)元件一定要放在被保護(hù)電路的上游處，這樣才能對(duì)下游的電子器件實(shí)現(xiàn)有效地保護(hù)。對(duì)于這種故障原因，PolySwitch一定要放在故障點(diǎn)即端口之前才能有效地實(shí)現(xiàn)保護(hù)，所以PolySwitch產(chǎn)品放在microUSB數(shù)據(jù)線內(nèi)部是一種切實(shí)可行的方案。

圖2 智能手機(jī)microUSB端口保護(hù)簡(jiǎn)圖

        
對(duì)于智能手機(jī)microUSB端口保護(hù)，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(jiǎn)單等特點(diǎn)。集成電路方案利用溫度傳感器檢測(cè)端口溫度，需要溫度檢測(cè)芯片、NTC溫度傳感器以及控制回路等，元器件多，設(shè)計(jì)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(gè)元件就能實(shí)現(xiàn)有效全面保護(hù)。同時(shí)TE 公司的電路保護(hù)事業(yè)部憑借著幾十年在可恢復(fù)保險(xiǎn)電阻產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，更可將該產(chǎn)品與microUSB端口處安裝設(shè)計(jì)的影響簡(jiǎn)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。
4．結(jié)束語
microUSB數(shù)據(jù)線不僅僅在智能手機(jī)上有著廣泛應(yīng)用，在其它移動(dòng)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(hù)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(hù)提出了很多具體實(shí)施方案，為客戶提供一整套完整的保護(hù)解決方案。