艾赛斯IXYS无线和互联网技术的创新正在将常见的非智能设备

 

    艾赛斯IXYS无线和互联网技术的创新正在将常见的非智能设备转变为可帮助用户利用物联网（IoT）的智能设备。这种趋势正在我们的家庭，工作场所和建筑物中发生。物联网技术已进入家庭，创造了具有便利性，安全性，照明控制，娱乐和环境控制功能的产品的智能家居。

 

    艾赛斯IXYS为了实现这些进步，传统上非智能的设备（例如调光器，继电器和电源插座）必须是智能的，并已在最新的住宅和建筑设计中被广泛采用。艾赛斯IXYS智能电源插座市场正以％左右25复合增长率1，市场估计达到45M台/年2024年智能调光器市场预计将在超过15％的生长2和是预计到2024年将达到1500万台/年。

 

    艾赛斯IXYS诸如接地故障电路继电器（GFCI）/电弧故障电路继电器（AFCI）和USB插座之类的其他设备正在变得越来越智能。估计GFCI/AFCI设备的市场增长率约为5％，而USB市场的增长率估计为10％。用过压和过流保护保护所有这些设备对于长期的可靠性和安全性至关重要。

 

    是什么使设备智能化？

 

    智能设备具有可实现控制，系统协调和状态反馈的电子电路。可以通过音频（语音），手动或电子控制对智能设备进行编程。IoT智能设备可以通过无线通信协议（例如，蜂窝，WIFI或蓝牙）进行远程访问和编程。您的个人计算机，平板电脑，智能手机或虚拟助手可以轻松地与这些智能设备进行通信。

 

    安全性和可靠性设计

 

    设计人员需要确保这些新的智能设备安全可靠，因为消费者希望获得高可靠性而不会中断服务。因此，即使在遭受各种环境危害（例如雷电浪涌，感应电涌，静电放电和电快速瞬变）的情况下，设备也需要过压保护和过流保护来维持运行。本文向设计人员告知要使用的组件类型以及应在电路体系结构中将其应用的位置。

 

    连接到电源线的智能设备的设计注意事项

 

    智能插座连接到交流电源线，需要满足代理标准和可靠性要求。通常，保险丝用于过电流保护。如果在规定的时间内超过额定电流，保险丝将中断。选择保险丝时，请考虑正常工作电流，应用电压，环境温度，过载电流条件，最大故障电流，电阻和代理商的认可。

 

    雷击会在电源线上产生感应电涌，从而产生过电压瞬变，从而导致故障。为了保护起见，设计人员通常选择金属氧化物压敏电阻（MOV）和/或瞬态电压抑制二极管（TVS）。MOV和TVS均旨在吸收瞬态电流浪涌。TVS二极管的响应时间短于皮秒，并且MOV可以吸收更多的能量，具体取决于所选的特定组件。正确的组件选择取决于确切的系统布局和系统中的其他组件。需要考虑工作电压，钳位电压，浪涌要求和组件成本。

 

    主保险丝参数：

 

    目前评级、最大工作电压、额定电流中断、串联电阻

 

    主要MOV参数：

 

    吸收最大瞬态能量、最大峰值浪涌电流、最大持续工作电压、钳位电压、工作温度范围

 

    主要TVS二极管参数：

 

    反向隔离电压、峰值脉冲功耗、击穿电压

 

    艾赛斯IXYS保护无线通信微处理器免受静电释放（ESD）的影响

 

    用于智能插座的无线通信电路要暴露在包括人为触摸在内的外部环境中，并且应该主要具有防ESD的保护。选择最佳的抑制技术取决于威胁级别，系统架构和外形。

 

    艾赛斯IXYSESD抑制组件既保护无线芯片组又保护无线接口后面的数字电路。TVS二极管阵列和聚合物ESD抑制器是两种解决方案。TVS二极管阵列的优点是可能的最低钳位电压和最小的封装尺寸。两种元件均具有低泄漏电流和低于1pF的低电容。根据IEC61000-4-2标准，用于该应用的典型TVS二极管将承受+/-12kVESD。

 

    艾赛斯IXYSTVS二极管阵列和聚合物ESD抑制器都具有较小的占位面积，并占用少量宝贵的印刷电路板空间。最重要的是，这些设备（取决于所选的组件）可以承受高达30kV的直接接触和高达30kV的空中传输电压（符合IEC61000-4-2）。聚合物ESD器件可在纳秒内响应ESD电压，而TVS二极管可在皮秒内响应。如果主要考虑尺寸，则聚合物ESD器件的最大占位面积（焊盘长度）为3mm，而TVS二极管的最大占位面积为9mm。

 

    主要聚合物ESD参数

 

    隔离电压、钳位电压、触发电压、电容、漏电流

 

    艾赛斯IXYS智能调光器和智能电源插座的保护和控制

 

    智能调光器和智能电源插座均从电源线获取电源。因此，它们需要电源线保护。两种设备都具有无线通信接口，因此需要防静电保护。在生产和安装过程中，还需要ESD保护，以保护电路免受手动控制的开关和其他触点的影响。图1显示了过流保护，过压保护和电源控制的典型选项。

 

    艾赛斯IXYS智能调光器和电源插座的电源控制

 

    智能插座使用肖特基整流器对开关电源进行整流，该开关电源为直流电路供电。肖特基整流器的正向电压低。低正向电压提高了功率转换效率。此外，肖特基二极管具有快速的开关速度，可使开关电源在高频下工作，从而进一步提高效率。

 

    艾赛斯IXYS在调光器中，可控硅用于控制输出到光的交流波形的百分比。对于低负载电流，LED，TRIAC等光源的保持电流可低至6mA。控制光源的另一种选择是MOSFET。MOSFET具有快速开关时间和低导通电阻，可最大程度地降低功率损耗并提高从输入到输出的功率传输效率。栅极驱动器控制MOSFET，并确保MOSFET的有效导通和关断。

 

    肖特基二极管的主要参数

 

    正向电压、正向电流、反向电压、反向恢复时间

 

    TRIAC的主要参数

 

    导通电流、额定电压、保持电流、通态电流上升率

 

    初级MOSFET参数

 

    漏源电流、导通电阻、切换时间

 

    初级MOSFET栅极驱动器参数

 

    输入电压、输出电流

 

    确保对GFCI，AFCI和USB插座的保护和控制

 

    家用的原始智能设备是GFCI和AFCI。GFCI感应何时在热线上传递的负载电流不在中性线上返回。如果电流不平衡量超过预定的跳闸水平，则GFCI会断开电源，以防止触电危险。AFCI会检测到电弧情况，并从插座上拔下电源以防止起火。

 

    具有USB充电功能的电源插座在住宅和公共场所越来越普遍。这些插座可以将USB充电与历史电源插座组合在一起，也可以在单个设备中使用多个USB充电器。GFCI，AFCI和USB充电器需要防止瞬变的保护。图4显示了GFCI，AFCI和USB充电插座所需的推荐保护和控制组件。

 

    GFCI和AFCI的框图如图5所示。智能调光器和智能插座的保护组件相似。推荐的功率控制组件是SCR。当检测到电流不平衡时，SCR激活继电器，断开交流主输入电源到输出的连接。而且，SCR可提供各种通孔和表面贴装封装。它们还将具有高达2500Vrms的隔离电压。