小功率充电器对片式保险丝的变更性需求

引言：

本文从各类充电器的便携式需求入手，分析人们对充电器以及适配器的小型化需求、轻薄化需求、安全可靠性需求，从而寻求元件小型化，贴片化的解决方案。作为一个保险丝生产厂商，我们首要考虑我们的片式保险丝在其中可以发挥的作用，包括对空间利用的改革，对生产工艺的改进，对产品可靠性的提高。在成本变动不大的情况下，对这个行业起到小小的作用，或将引发工程师对设计理念的根本性变革。

Abstract:

In order to meet the portable chargers needs of the consumers, chargers and adapters should be smaller, slimmer and safer. Thus components in them need smaller, too. As a SMD fuses manufacturer, we have thought about how to reduce the using space, improve the production process and the reliability of our SMD fuses. What we did cannot make some change on cost, and this kind of effect may arouse design concept fundamental changes of those engineers.

这是一个信息时代，是智能手机以及其他智能移动终端蓬勃发展的大时代。人们早已经不满足于手机只能打电话发短信了，甚至也开始不满足于已有的部分智能功能。随着手机3G网络的发展，随着人们视觉与触觉的拓展，智能手机不断拥有了新的技术，真正取得了日新月异的突破与发展。在此基础上，我们发现，手机的硬件配置越来越高，电脑进入四核时代没有多久，手机也紧跟着步入四核时代；尺寸越做越大，5寸屏已不是稀奇，并且屏幕有往更大尺寸发展的趋势。在不久的将来，智能手机与平板电脑将会有很难区分的模糊界限。

可是问题也在这里，人们所喜爱的智能移动终端就目前看来，尺寸不会再缩小了，因为要满足各类智能应用，尺寸必然有局限性，不然，我们的手脚无法施展，我们的眼睛也会疲惫不堪。同时，宅男霉女、技术控、游戏控，出差人都渐渐将关注重心从笨重的电脑，笔记本等产品上转移到便携式智能移动终端上来了。现在出个门，两个智能手机变成标配，另外，再带上一台笔记本，一台平板电脑，你的包里将会塞满各种充电器，并且杂乱不堪。虽然工信部已经确定了手机充电器接口的新标准，特别是可以充不同品牌的手机，这个举措非常必要而且也一定会得到消费者的广泛欢迎，但这次推出的标准还只是推荐性的，不是强制性的，所以仍然有一个过渡期。并且就笔者看来，各类便携式移动智能终端产品，它们本身搭配的电池容量不尽相同，使用同一个充电器的话，伤害电池不说，更危险的是存在安全隐患。最近就经常有人用IPAD的充电器给IPHONE充电，导致IPHONE发生爆炸，引发火灾以及危害人身安全。

所以，人们出门在外，特别希望充电器或者适配器越小越好，越轻薄越好。人们已厌倦了各种体型笨重规格繁琐的充电器。在目前这个格局下，厂商不仅在智能终端的厚度上和重量上做文章，另外，还需要在充电器或者适配器上投入研发精力，在外形和尺寸上取得技术突破，得到消费者的认可，从而占领这个市场。

就手机以及平板电脑充电器而言，在这类在小功率电源中，线性电源早已被淘汰，这类电源线路简单，发热量大，散热片尺寸较大，效率低，如下图所示，体积庞大的四方块，携带极不方便。

而开关电源的特点是容量大、体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为70～80%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。但开关电源输出的直流会叠加较大的纹波（50mV at 5V output typical），在输出端并接稳压二极管可以改善，另外由于开关管工作会产生很大的尖峰脉冲干扰，也需要在电路中串连磁珠加以改善。

开关电源代表了小功率稳压电源的发展方向，现已成为小功率稳压电源的主流产品，如下图所示：

目前，手机充电器多为单端反激式开关电源。好的开关电源主要由输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路组成。其中保护电路比如有空载、短路等保护，缺少这些保护可能会烧毁开关电源或者负载。现在消费者经常会买到一些假冒伪劣的充电器。这类充电器实际就是一个极其简单的变压器，没有任何安全保证。用户觉得重量较轻，也是因为偷工减料，没有使用保护电路的缘故。另外，在实际的充电过程中，这类产品无法保证充电的稳定性，对电池的性能和寿命将会有较大的伤害，甚至会烧坏电池，引发爆炸，危害财产安全和人身安全。

充电器内部较为常见的是没有安装保险丝，或者仅仅以10Ω电阻来代替，如下图所示，这块板子没有使用保险丝。

下图中，这是一个高品质的手机充电器，电路板上能够看到一个玻璃管保险丝，并且有热缩套管包在其周围，很好的起到了源头的过流保护作用。但纵观板子的正面与反面，我们会看到，正面众多插件元件，有如高楼林立，显得拥挤不堪，而背面贴片部位则优哉游哉，可用空间较大。

我们可以尝试将玻璃管保险丝替换成贴片保险丝，不管是安装在正面还是背面，都将节省出一定的投影面积和高度，更有利于工程师的元件布局，提高设计能力。如下图所示，棕色部位为AEM-MF2410保险丝。我们可以看到，原先如上图使用的玻璃管保险丝基本上是除了变压器之外所有元件中最高的。在使用贴片保险丝之后，我们可以选择高度较小的变压器，并且有空间将最高的电容横放，使整个充电器做小做薄，这里，我们还可以节省热缩套管的费用以及一定的插件工时。当然，完成这些也不能光靠保险丝的更换，其他元件在此基础上变薄变小也就显得有意义了。

我们再来看看，不同保险丝的具体尺寸是多少，从而了解元器件小型化，贴片化给我们带来的好处。从下图示例中，我们可以看到，在充电器里使用AEM-MF2410贴片保险丝，我们可以节省50-80%的占据面积，并将高度减少到2.2mm，有助于产品的轻薄化发展。另外，由插件产品变更为贴片产品，将省却这部分的人工安装工时，并且SMT制程将更可靠，效率更高，不会因为工人的心态问题、操作水平问题而出现安装不良。

以上是以手机旅行充电器为例，下面我们再来看看贴片保险丝在车载充电器中的应用。常见的车载充电器电路图如下：

由于汽车的启动脉冲电流（几十安）以及车充插拔的脉冲电流较大（13A/380uS的脉冲，工作电流为0.5A~0.8A，模拟负载为GPS，工作电流为1-1.4A），在设计过程当中，我们建议工程师在芯片前加入一个保险丝，来防止由于短路引发的意外状况。

目前，车充市场不太规范，各种假冒伪劣产品横行，缺少最起码的过流保护元件FUSE，如下图：

一根弹簧直接顶出去，没有使用FUSE，可想而知，在发生短路的时候，势必要烧掉汽车点烟器内部10A的保险丝，并且大多数人是不会自己去更换汽车保险丝的，为自己的工作生活带来小小的麻烦。

下图为正规厂商出品的车载充电器，使用2A的玻璃管保险丝。

下图中，玻璃管保险丝还另外配备铜管来进行防爆处理，成本不菲。

综上所述，使用玻璃管保险丝，会额外增加一些辅助结构件，并无法免除人工工时。下面，我们再来看看，如果在车充上也使用贴片保险丝，会是怎样一个局面？如下图所示，我们可以看到，玻璃管保险丝没有了，取而代之的圆圈之内的AEM-1206HI系列的2.5A贴片保险丝，布局简单，设计方便。我们可以使结构件，部分人工工时都得到减免，大大提高生产效率和良率。