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手机数据线的过热保护

一、智能手机数据线存在的问题  

 目前市场上智能手机电池的容量越来越大,为了不降低用户体验,手机充电器的充电电流也已经由之前500mA~700mA变成了2A~4.5A。充电电流的增大,对于充电数据线的要求也提出了更高的要求,不仅仅是数据线中电源线和接地线的线径变粗,同时对于小型的Micro USB端口接触的可靠性也要求更高。如果Micro USB 端口在使用过程中有接触不良、或者有异物掉入(类似汗液、铁屑之类东西)等情况发生,那么在大电流充电的过程中,在Mirco USB端口处就会有很大的功耗(I2R的关系),如果这个功耗大大的超过手机Micro USB端口能承受的范围,端口就会发热,进而烧黑,严重情况下会烧毁手机,发生火灾。在智能手机实际使用过程中,发生手机烧毁甚至爆炸的案例,也时有所闻,这对消费者的人身安全构成了重大的危险,所以对智能手机Micro USB端口的安全保护也成为众多手机厂家越来越关注的焦点。

 

MicroUSB发热烧黑

 

二、解决方案

维安可提供一种在Micro USB Vbus 串联PTC的数据线热保护方案,此方案为在MicroUSB端口增加一块PCB,在PCB上回流焊接贴片PTC(如下图所示),此方案有生产工艺简单、可靠性高等特点。

此方案工作原理为由于端口处异物的存在,在Micro USB端口就形成了一个低阻回路,手机充电器的电流可以经由Micro USB端口的低阻回路回到充电器电路中,也就是电流不会再流到手机内部,(如下图所示)。此时端口温度急剧上升,热量通过热传导的方式传递到PTC,使PTC温度升高,当PTC温度达到动作温度时,PTC动作,切断充电回路,使充电端口温度下降,避免极端情况发生。PTC动作后会有微弱的漏电流,使PTC一直保持动作的状态,直到充电器从插座上拔出或者异物被去除,PTC才会恢复到初始状态,不影响数据线的正常使用。

三、实测结果

1、铅笔芯短路端口温度变化曲线

   从上图中可看到充电端口表面的温度控制在120℃以内,外壳表面温度控制在65℃以内。

2、外观

 

 

  铅笔芯短路测试后外壳与端口均完好,无形变。

综上所述,维安的手机数据线热保护方案能很好的把充电端口的温度控制在120℃以内,外壳表面的温度控制在65℃以内,避免了极端情况的发生。

四、结束语

对于智能手机Micro USB端口保护,维安的PTC方案,和集成电路方案相比,具有可靠性高,成本低,使用简单等特点。集成电路方案利用温度传感器检测端口温度,需要温度检测芯片、NTC温度传感器以及控制回路等,元器件多,设计复杂,成本高。维安的PTC通过UL认证,是一种可靠性非常高的元器件,只需要一个元件就能实现有效保护。维安更可将该产品与Micro USB端口处安装设计的影响简化到最小化,从外观上基本不改变Micro USB数据线的原有形状。

 

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