浅谈USB电源适配器的电路保护方案

随着当今社会人们手中的手机、平板电脑等智能手持设备功能的不断升级强大，娱乐和个性化的应用也使得设备的电池的续航能力成为其中的一个死角。现实生活中我们可能经常会看到我们周边的朋友随身带个移动电源，没有随身电源就只能随时找地方对设备充电了。因此电源适配器作为标配产品一直成了人们的必需品。

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科技推出的创新型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，时时保障安全!”的要求。

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、结构上最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元件成了工程师的首选。

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 通用模块保险丝最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最新标准要求四个相位角度测试至少10次，计算：

对于差模500v，I²T= 0.5*(250A*70%)^2*30us=0.416A²S.

由此估算：差模500V，需要保险丝的I²t至少0.46A²S以上，MF2410系列1A保险丝在在该时间段I²t为0.6A²S，满足500V雷击要求。

对于差模1000v，I²T=0.5*(500A*70%)^2*30us=1.83 A²S.

由此估算：差模1000V，要求2以上，MF2410 2A保险丝在该时间段I²t为3 A²S，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。

2、对开机浪涌的防护

为了避免保险丝不正常的熔断，除了要知道AC/DC电源正常工作电流，工程师对Inrush current进行计算评估也显得相当重要。电源电路存在较大的储能元件，AC输入端的滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。如电路图中，当电源通电瞬间，要对 C5 充电。由于瞬间充电电流大，对保险丝熔丝形成熔断风