通过强大的保护技术最大限度地延长移动销售点的正常运行时间

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）设备的诞生成为可能。用户依靠这些新设备的性能来实现任何地方的零售交易。最大限度地延长正常运行时间和确保高可靠性是任何零售业务（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，如人为接触和过流的影响，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地加速电池再充电时间的产品，以便POS终端花费最少的停运时间。使用锂离子电池使设计人员能够在小型电池组中提供高能量密度，并且可以实现快速充电能力;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。由于重新设计工作和重新测试导致产品延迟交付市场，国家认可的测试实验室拒绝产品会导致收入损失。

设计人员可以选择许多元件进行产品保护和问题检测，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、电源适配器和打印机模块需要哪些保护和传感组件的指导。图 1 显示了较旧的 POS 终端、较新的终端和电源适配器，以及可实现稳健产品的保护和传感组件列表。图 2 说明了 POS 终端系统的主要元素。

图 1.移动 POS 设备和推荐的保护和传感组件

图2：移动POS终端系统架构

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，以防过流情况、电源线瞬变和雷击。图3显示了电源适配器的电路块和推荐的保护元件。

图 3.电源适配器框图，含组件建议

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作用或慢响应的保险丝。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的功耗。根据可用的 PC 板空间，设计人员可以在插装式保险丝、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保护，以防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，该二极管设计用于保护敏感的电子电路。这些设备可以在皮秒内响应瞬变。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元件。

输出保护、整流器和滤波器模块与外部外围设备接口。肖特基二极管将针对错误连接的外围器件提供反极性保护。肖特基二极管的低正向电压将最大限度地降低器件中的功耗，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，那么它能够输出100 W。虽然 USB Type-C 设备能够以 100 W 的高功率充电，但 USB 连接器具有密集间隔的引脚，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，将其电阻增加50倍。 电阻的上升将导致电源适配器的输出断电。专为USB连接器设计并符合USB Type-C标准的温度指示器将保护USB连接器和输出块免受损坏。

保护移动销售终端

POS终端需要与零售店员和客户持续联系。许多零售场所都铺有地毯，加上低湿度，有利于环境易受ESD的影响。图4显示了POS端子中的电路块。

图 4.带有组件建议的 POS 接线端子图

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。使用快速熔断器可以在 5 秒内响应 200% 过电流而打开，从而保护直流输入块和 POS 端子的其余部分。TVS二极管可以为直流输入电路提供瞬变保护。表面贴装版本有双极性或单极性版本。表面贴装版本可从 10/1000 μs 脉冲中安全吸收高达 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 C型输入模块与外部环境接口;因此，保护该块免受静电放电（ESD）是必要的。设计人员可以使用带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的瞬态电压。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模块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完整的保护。

Wi-Fi块也暴露在外部环境中。聚合物复合ESD抑制器是ESD保护的推荐元件。由于RF电路设计用于保持50 Ω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，并±空气放电引起的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射频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的影响，它们可能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提供过流保护。设计人员应考虑使用可复位过流保护元件，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，电阻降至毫欧水平。过电流的跳变时间通常最大为5 s;此外，PPTC 采用节省空间的 0402 表面贴装封装。PPTC元件提供快速过流响应，具有低功耗、串联电阻，可保护锂离子电池组。

保护打印机

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。在任何一种情况下，打印机都需要过流、瞬变和ESD保护。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模块和保护特定模块所需的组件。

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，直流输入，触摸屏显示器和Wi-Fi块，它们类似于POS终端电路块，需要类似的保护组件。以太网模块与外部电路连接，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，该阵列提供±20 kV的触点保护和±30 kV的空气放电保护，同时以每条I/O线路仅2 pF的以太网电路加载。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。该元件还包括一个齐纳二极管，可实现 150 W 和 8/20 μs 瞬态脉冲的 10 A 吸收。

图 7.推荐的以太网接口保护电路使用低电容TVS二极管阵列，包括齐纳二极管

打印机的USB连接器块也与外部设备接口。因此，它也需要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素的标准。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 C 类要求和信息技术设备的安全要求。其他重要标准包括对ESD保护和其他瞬变的存活水平的要求。存在针对锂电池故障的保护标准。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，设计人员将面临昂贵的重新设计工作，测试实验室昂贵的重复测试，以及由于延迟引入市场而导致的收入损失。在设计周期的早期努力遵守适当的标准将节省大量的开发时间和成本。然后，产品将具有更高的质量和更强大的产品。

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，产品将避免现场故障，这些故障会导致客户不满和市场对质量差的看法。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，如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强大产品的挑战。

审核编辑：郭婷