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

　　1.智能手機(jī)micro USB端口存在的問題

　　目前市場上的智能移動手機(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(jī)的用戶體驗(yàn)。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(jī)充電器。

　　因此為符合智能手機(jī)的這一變化，目前市場上主流的手機(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(jī)microUSB端口能承受的范圍，端口就會發(fā)熱，進(jìn)而燒黑，嚴(yán)重情況下會燒毀手機(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，也時有所聞，這對消費(fèi)者的人身安全構(gòu)成了重大的危險(xiǎn)，對智能手機(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，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(hù)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)。

　　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(xiǎn)電阻就會動作，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，雖然這個方式可以對手機(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，也就是電流不會再流到手機(jī)內(nèi)部。圖2是智能手機(jī)microUSB端口保護(hù)簡圖。電路保護(hù)的一個原則就是保護(hù)元件一定要放在被保護(hù)電路的上游處，這樣才能對下游的電子器件實(shí)現(xiàn)有效地保護(hù)。對于這種故障原因，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)簡圖

　　對于智能手機(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，使用簡單等特點(diǎn)。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(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，只需要一個元件就能實(shí)現(xiàn)有效全面保護(hù)。同時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。