通过强大的保护技术最大限度地延长移动销售点正常运行时间

先进的设计考虑有助于避免/完全消除过流、过压、过热条件造成的损坏，从而提高移动设备的可靠性和使用寿命。

移动电子技术的进步使新的、功能更强大的便携式销售点 （POS） 设备的创建成为可能。用户依靠这些新设备的性能从任何地方实现零售交易。最大限度地延长正常运行时间并确保高可靠性是任何零售运营（从小型商店到大型商店）的关键任务。

设计人员面临的挑战包括保护其产品免受静电放电 （ESD） 等危害，例如人体接触和过流造成的静电放电 （ESD），以及使用电源适配器时交流电源线的瞬态事件。设计人员面临的另一个挑战是需要开发能够延长电池寿命并安全加快电池充电时间的产品，以便POS终端花费最少的停机时间。锂离子电池的使用使设计人员能够在小型电池组中提供高能量密度，并可实现快速充电能力;但是，设计人员需要管理充电周期并监控电池，以避免损坏电池组。

设计师面临的第三个挑战是确保他们的产品符合适用的标准。不遵守标准可能会阻止新产品及时推向市场。国家认可的测试实验室拒绝产品会导致由于重新设计工作和重新测试而导致收入损失，从而导致产品交付市场的延迟。

设计人员可以选择许多组件来保护产品和问题检测，包括保险丝、压敏电阻、瞬态电压抑制器、ESD 抑制器和温度检测器。本文将为设计人员提供有关 POS 终端、其电源适配器和打印机模块在何处需要保护和传感组件的指导。

保护电源适配器

电源适配器连接到交流电源线;因此，电源适配器将需要交流线路保护，使其免受过流情况、电源线瞬变和雷击的影响。图3显示了电源适配器的电路块和推荐的保护元件。

图3.带有组件建议的电源适配器框图

用于输入保护、整流器和滤波器模块的保护元件包括用于过流保护的保险丝和用于瞬态能量保护的压敏电阻。设计人员应考虑他们的设计是否需要快速动作还是慢响应保险丝。他们需要确保保险丝的额定电压高于交流线路电压，并且保险丝的电阻足够低，以最大限度地降低保险丝中的功耗。根据可用的 PC 板空间，设计人员可以在盒式保险丝、轴向引线保险丝和表面贴装保险丝之间进行选择。

高频转换器和箝位模块还需要防止通过输入模块传播的瞬变。对于该模块，设计人员可以使用瞬态电压抑制器 （TVS） 二极管，这些二极管旨在保护敏感的电子电路。这些设备可以在一皮秒内响应瞬态。设计人员可以选择双极性或单极性二极管;而且，设计人员可以在径向引线或表面贴装外形尺寸中使用这些组件。

输出保护、整流器和滤波器模块与外部外围设备接口。肖特基二极管将提供反极性保护，防止错误连接的外围设备。肖特基二极管的低正向电压将最大限度地降低器件的功耗，从而实现电源适配器的最大效率。设计人员需要确保肖特基二极管能够支持电源适配器的最大输出电流。

如果输出可以为USB Type-C设备充电，那么它可以输出100 W。虽然USB Type-C设备可以以100 W的高功率充电，但USB连接器具有密集的引脚，很容易被灰尘和污垢短路。设计人员可以通过监控 USB 连接器中的温升来保护 USB 电路免受损坏。当连接器的温度达到 100 °C 左右时，数字温度指示器可以将其电阻从 10 Ω 增加到 1 MΩ，增加五十倍频程。 电阻的上升将导致电源适配器的输出断电。专为 USB 连接器设计且符合 USB C 型标准的温度指示器将保护 USB 连接器和输出模块免受损坏。

保护移动 POS 终端

POS终端需要零售店员和客户的持续联系。许多零售场所都有地毯地板，再加上低湿度，有利于环境容易受到ESD的影响。图 4 显示了 POS 终端中的电路块。

图4.带有组件建议的 POS 接线框图

直流输入模块需要过流保护和瞬态保护。设计人员应考虑使用 0402 封装的表面贴装保险丝节省 PC 板空间。使用快速熔断保险丝可以在 5 秒内响应 200% 的过电流打开，从而保护直流输入块和 POS 终端的其余部分。TVS二极管可以为直流输入电路提供瞬变保护。表面贴装版本提供双极或单极版本。表面贴装版本可以安全地从 10/1000 μs 脉冲吸收高达 1500 W 的功率。

USB C 型输入模块需要电源适配器输出模块所需的温度保护。此外，USB Type-C输入模块与外部环境接口;因此，保护该模块免受静电放电（ESD）的影响是必要的。设计人员可以使用具有多达五个双极性二极管的TVS二极管阵列来保护该电路模块的所有部分。二极管可以吸收高达 20 kV ±瞬态电压。每个二极管的电容仅为0.2 pF左右，因此该元件对USB传输协议的影响可以忽略不计。

与微处理器 MPU 接口的模块应具有瞬态保护，以便这些模块和 MPU 保持安全。存储和触摸屏显示模块可以分别使用 TVS 二极管和 TVS 二极管阵列。用户将接触的触摸屏特别容易受到ESD的影响。多二极管元件可以为触摸屏电路提供全面保护。

Wi-Fi 模块也暴露在外部环境中。聚合物复合ESD抑制器是ESD保护的推荐组件。由于RF电路设计为保持50 Ω的特性输出阻抗，因此设计人员需要使用对电路输出特性影响不大的保护元件。聚合物 ESD 抑制器可防止直接接触产生的 8 kV ESD 瞬变±和空气放电± 15 kV ESD 瞬变;该元件的最大电容仅为0.12 pF。ESD抑制器的漏电流为几纳安。因此，ESD抑制器可以在不干扰GHz Wi-Fi RF信号的情况下提供必要的保护。

虽然锂离子电池组在紧凑型电池中具有高能量密度，但如果受到外部短路，它们很容易受到热失控的影响。电池管理电路为电池组提供保护功能;但是，设计人员应为电池组集成过流保护。设计人员应考虑使用可复位过流保护元件，例如聚合物正温度系数 （PPTC） 元件。该元件的最大电阻为150 mΩ;当电流保持在 2 A 以上时，电阻降至毫欧级。过流跳闸时间通常最长为 5 s;此外，PPTC 采用节省空间的 0402 表面贴装封装。PPTC 组件提供快速过流响应和低功耗串联电阻，以保护锂离子电池组。

保护打印机

用于POS终端的收据打印机可以是终端的组成部分，也可以是单独的设备。无论哪种情况，打印机都需要防止过流、瞬变和ESD。图 5 显示了一个示例打印机和推荐的保护组件。图 6 详细介绍了打印机电路块和保护特定块所需的组件。

图5.POS 打印机和推荐的保护组件

图6.带有组件建议的 POS 打印机框图

打印机有三个电路块，即直流输入、触摸屏显示器和 Wi-Fi 块，它们类似于 POS 接线端子，需要类似的保护组件。以太网块与外部电路连接，需要ESD保护。对于这种高数据速率的通信模块，设计人员必须选择不影响传输速率的保护元件。设计人员可以考虑使用多引脚 TVS 二极管阵列，该阵列可提供 ± 20 kV 的接触±保护和 30 kV 的空气放电保护，同时加载以太网电路，每条 I/O 线路仅 2 pF。图7显示了使用Littelfuse 4通道低电容TVS二极管阵列的推荐保护方案。该组件还包括一个齐纳二极管，可吸收 150 W 和 10 A 的 8/20 μs 瞬态脉冲。

图7.推荐用于使用低电容TVS二极管阵列（包括齐纳二极管）的以太网接口保护电路

打印机的 USB 连接器块还与外部设备连接;因此，它还需要ESD和瞬态电压保护。与Wi-Fi模块一样，ESD抑制器可以保护I/O线路，同时为电路增加最小的电容。该器件的版本可以保护单个端口或两个端口，如图 8 所示。

图8.单端口和双端口聚合物ESD抑制器

确保符合国家和国际标准

设计人员应了解适用于 POS 终端、打印机和电源适配器元件的标准。表1列出了产品必须遵守的一些重要标准，以便将其推向市场。这些标准包括 USB 互操作性要求、USB Type-C 要求和信息技术设备的安全要求。其他重要标准包括对ESD保护和其他瞬变的生存水平的要求。存在锂电池故障保护标准。单独的标准适用于连接到交流电源线的电源和充电器。

不遵守这些标准可能会导致测试实验室拒绝POS终端。然后，设计师将面临昂贵的重新设计工作，测试实验室昂贵的重复测试，以及由于延迟推向市场而导致的收入损失。在设计周期的早期遵守适当标准的努力将节省大量的开发时间和成本。然后，产品将是更高质量和更坚固的产品。

表 1.适用于 POS 终端的标准

利用所有可用资源克服挑战

设计人员需要采用电路保护和传感来开发可靠的产品。通过这样做，产品将避免造成客户不满和市场对质量差的看法的现场故障。两者都会影响产品收入。此外，设计团队需要了解适用的行业标准，以便他们的产品能够在最短的时间内获得国家测试实验室的认证和批准。使用公认的组件，例如美国保险商实验室认可的组件，将大大减少测试实验室认证时间。利用现有资源，例如专门从事保护和传感组件开发和应用的制造商的应用工程师，可以帮助克服设计符合行业安全标准的稳健产品的挑战。

审核编辑：郭婷