先進的設計考慮有助于避免/完全消除過流、過壓、過熱條件造成的損壞，從而提高移動設備的可靠性和使用壽命。

移動電子技術的進步使新的、功能更強大的便攜式銷售點 （POS） 設備的創建成為可能。用戶依靠這些新設備的性能從任何地方實現零售交易。最大限度地延長正常運行時間并確保高可靠性是任何零售運營（從小型商店到大型商店）的關鍵任務。

設計人員面臨的挑戰包括保護其產品免受靜電放電 （ESD） 等危害，例如人體接觸和過流造成的靜電放電 （ESD），以及使用電源適配器時交流電源線的瞬態事件。設計人員面臨的另一個挑戰是需要開發能夠延長電池壽命并安全加快電池充電時間的產品，以便POS終端花費最少的停機時間。鋰離子電池的使用使設計人員能夠在小型電池組中提供高能量密度，并可實現快速充電能力;但是，設計人員需要管理充電周期并監控電池，以避免損壞電池組。

設計師面臨的第三個挑戰是確保他們的產品符合適用的標準。不遵守標準可能會阻止新產品及時推向市場。國家認可的測試實驗室拒絕產品會導致由于重新設計工作和重新測試而導致收入損失，從而導致產品交付市場的延遲。

設計人員可以選擇許多組件來保護產品和問題檢測，包括保險絲、壓敏電阻、瞬態電壓抑制器、ESD 抑制器和溫度檢測器。本文將為設計人員提供有關 POS 終端、其電源適配器和打印機模塊在何處需要保護和傳感組件的指導。

保護電源適配器

電源適配器連接到交流電源線;因此，電源適配器將需要交流線路保護，使其免受過流情況、電源線瞬變和雷擊的影響。圖3顯示了電源適配器的電路塊和推薦的保護元件。

圖3.帶有組件建議的電源適配器框圖

用于輸入保護、整流器和濾波器模塊的保護元件包括用于過流保護的保險絲和用于瞬態能量保護的壓敏電阻。設計人員應考慮他們的設計是否需要快速動作還是慢響應保險絲。他們需要確保保險絲的額定電壓高于交流線路電壓，并且保險絲的電阻足夠低，以最大限度地降低保險絲中的功耗。根據可用的 PC 板空間，設計人員可以在盒式保險絲、軸向引線保險絲和表面貼裝保險絲之間進行選擇。

高頻轉換器和箝位模塊還需要防止通過輸入模塊傳播的瞬變。對于該模塊，設計人員可以使用瞬態電壓抑制器 （TVS） 二極管，這些二極管旨在保護敏感的電子電路。這些設備可以在一皮秒內響應瞬態。設計人員可以選擇雙極性或單極性二極管;而且，設計人員可以在徑向引線或表面貼裝外形尺寸中使用這些組件。

輸出保護、整流器和濾波器模塊與外部外圍設備接口。肖特基二極管將提供反極性保護，防止錯誤連接的外圍設備。肖特基二極管的低正向電壓將最大限度地降低器件的功耗，從而實現電源適配器的最大效率。設計人員需要確保肖特基二極管能夠支持電源適配器的最大輸出電流。

如果輸出可以為USB Type-C設備充電，那么它可以輸出100 W。雖然USB Type-C設備可以以100 W的高功率充電，但USB連接器具有密集的引腳，很容易被灰塵和污垢短路。設計人員可以通過監控 USB 連接器中的溫升來保護 USB 電路免受損壞。當連接器的溫度達到 100 °C 左右時，數字溫度指示器可以將其電阻從 10 Ω 增加到 1 MΩ，增加五十倍頻程。 電阻的上升將導致電源適配器的輸出斷電。專為 USB 連接器設計且符合 USB C 型標準的溫度指示器將保護 USB 連接器和輸出模塊免受損壞。

保護移動 POS 終端

POS終端需要零售店員和客戶的持續聯系。許多零售場所都有地毯地板，再加上低濕度，有利于環境容易受到ESD的影響。圖 4 顯示了 POS 終端中的電路塊。

圖4.帶有組件建議的 POS 接線框圖

直流輸入模塊需要過流保護和瞬態保護。設計人員應考慮使用 0402 封裝的表面貼裝保險絲節省 PC 板空間。使用快速熔斷保險絲可以在 5 秒內響應 200% 的過電流打開，從而保護直流輸入塊和 POS 終端的其余部分。TVS二極管可以為直流輸入電路提供瞬變保護。表面貼裝版本提供雙極或單極版本。表面貼裝版本可以安全地從 10/1000 μs 脈沖吸收高達 1500 W 的功率。

USB C 型輸入模塊需要電源適配器輸出模塊所需的溫度保護。此外，USB Type-C輸入模塊與外部環境接口;因此，保護該模塊免受靜電放電（ESD）的影響是必要的。設計人員可以使用具有多達五個雙極性二極管的TVS二極管陣列來保護該電路模塊的所有部分。二極管可以吸收高達 20 kV ±瞬態電壓。每個二極管的電容僅為0.2 pF左右，因此該元件對USB傳輸協議的影響可以忽略不計。

與微處理器 MPU 接口的模塊應具有瞬態保護，以便這些模塊和 MPU 保持安全。存儲和觸摸屏顯示模塊可以分別使用 TVS 二極管和 TVS 二極管陣列。用戶將接觸的觸摸屏特別容易受到ESD的影響。多二極管元件可以為觸摸屏電路提供全面保護。

Wi-Fi 模塊也暴露在外部環境中。聚合物復合ESD抑制器是ESD保護的推薦組件。由于RF電路設計為保持50 Ω的特性輸出阻抗，因此設計人員需要使用對電路輸出特性影響不大的保護元件。聚合物 ESD 抑制器可防止直接接觸產生的 8 kV ESD 瞬變±和空氣放電± 15 kV ESD 瞬變;該元件的最大電容僅為0.12 pF。ESD抑制器的漏電流為幾納安。因此，ESD抑制器可以在不干擾GHz Wi-Fi RF信號的情況下提供必要的保護。

雖然鋰離子電池組在緊湊型電池中具有高能量密度，但如果受到外部短路，它們很容易受到熱失控的影響。電池管理電路為電池組提供保護功能;但是，設計人員應為電池組集成過流保護。設計人員應考慮使用可復位過流保護元件，例如聚合物正溫度系數 （PPTC） 元件。該元件的最大電阻為150 mΩ;當電流保持在 2 A 以上時，電阻降至毫歐級。過流跳閘時間通常最長為 5 s;此外，PPTC 采用節省空間的 0402 表面貼裝封裝。PPTC 組件提供快速過流響應和低功耗串聯電阻，以保護鋰離子電池組。

保護打印機

用于POS終端的收據打印機可以是終端的組成部分，也可以是單獨的設備。無論哪種情況，打印機都需要防止過流、瞬變和ESD。圖 5 顯示了一個示例打印機和推薦的保護組件。圖 6 詳細介紹了打印機電路塊和保護特定塊所需的組件。

圖5.POS 打印機和推薦的保護組件

圖6.帶有組件建議的 POS 打印機框圖

打印機有三個電路塊，即直流輸入、觸摸屏顯示器和 Wi-Fi 塊，它們類似于 POS 接線端子，需要類似的保護組件。以太網塊與外部電路連接，需要ESD保護。對于這種高數據速率的通信模塊，設計人員必須選擇不影響傳輸速率的保護元件。設計人員可以考慮使用多引腳 TVS 二極管陣列，該陣列可提供 ± 20 kV 的接觸±保護和 30 kV 的空氣放電保護，同時加載以太網電路，每條 I/O 線路僅 2 pF。圖7顯示了使用Littelfuse 4通道低電容TVS二極管陣列的推薦保護方案。該組件還包括一個齊納二極管，可吸收 150 W 和 10 A 的 8/20 μs 瞬態脈沖。

圖7.推薦用于使用低電容TVS二極管陣列（包括齊納二極管）的以太網接口保護電路

打印機的 USB 連接器塊還與外部設備連接;因此，它還需要ESD和瞬態電壓保護。與Wi-Fi模塊一樣，ESD抑制器可以保護I/O線路，同時為電路增加最小的電容。該器件的版本可以保護單個端口或兩個端口，如圖 8 所示。

圖8.單端口和雙端口聚合物ESD抑制器

確保符合國家和國際標準

設計人員應了解適用于 POS 終端、打印機和電源適配器元件的標準。表1列出了產品必須遵守的一些重要標準，以便將其推向市場。這些標準包括 USB 互操作性要求、USB Type-C 要求和信息技術設備的安全要求。其他重要標準包括對ESD保護和其他瞬變的生存水平的要求。存在鋰電池故障保護標準。單獨的標準適用于連接到交流電源線的電源和充電器。

不遵守這些標準可能會導致測試實驗室拒絕POS終端。然后，設計師將面臨昂貴的重新設計工作，測試實驗室昂貴的重復測試，以及由于延遲推向市場而導致的收入損失。在設計周期的早期遵守適當標準的努力將節省大量的開發時間和成本。然后，產品將是更高質量和更堅固的產品。

表 1.適用于 POS 終端的標準

利用所有可用資源克服挑戰

設計人員需要采用電路保護和傳感來開發可靠的產品。通過這樣做，產品將避免造成客戶不滿和市場對質量差的看法的現場故障。兩者都會影響產品收入。此外，設計團隊需要了解適用的行業標準，以便他們的產品能夠在最短的時間內獲得國家測試實驗室的認證和批準。使用公認的組件，例如美國保險商實驗室認可的組件，將大大減少測試實驗室認證時間。利用現有資源，例如專門從事保護和傳感組件開發和應用的制造商的應用工程師，可以幫助克服設計符合行業安全標準的穩健產品的挑戰。

審核編輯：郭婷