艾賽斯IXYS無線和互聯網技術的創新正在將常見的非智能設備轉變為可幫助用戶利用物聯網（IoT）的智能設備。這種趨勢正在我們的家庭，工作場所和建筑物中發生。物聯網技術已進入家庭，創造了具有便利性，安全性，照明控制，娛樂和環境控制功能的產品的智能家居。

 

    艾賽斯IXYS為了實現這些進步，傳統上非智能的設備（例如調光器，繼電器和電源插座）必須是智能的，并已在最新的住宅和建筑設計中被廣泛采用。艾賽斯IXYS智能電源插座市場正以％左右25復合增長率1，市場估計達到45M臺/年2024年智能調光器市場預計將在超過15％的生長2和是預計到2024年將達到1500萬臺/年。

 

    艾賽斯IXYS諸如接地故障電路繼電器（GFCI）/電弧故障電路繼電器（AFCI）和USB插座之類的其他設備正在變得越來越智能。估計GFCI/AFCI設備的市場增長率約為5％，而USB市場的增長率估計為10％。用過壓和過流保護保護所有這些設備對于長期的可靠性和安全性至關重要。

 

    是什么使設備智能化？

 

    智能設備具有可實現控制，系統協調和狀態反饋的電子電路。可以通過音頻（語音），手動或電子控制對智能設備進行編程。IoT智能設備可以通過無線通信協議（例如，蜂窩，WIFI或藍牙）進行遠程訪問和編程。您的個人計算機，平板電腦，智能手機或虛擬助手可以輕松地與這些智能設備進行通信。

 

    安全性和可靠性設計

 

    設計人員需要確保這些新的智能設備安全可靠，因為消費者希望獲得高可靠性而不會中斷服務。因此，即使在遭受各種環境危害（例如雷電浪涌，感應電涌，靜電放電和電快速瞬變）的情況下，設備也需要過壓保護和過流保護來維持運行。本文向設計人員告知要使用的組件類型以及應在電路體系結構中將其應用的位置。

 

    連接到電源線的智能設備的設計注意事項

 

    智能插座連接到交流電源線，需要滿足代理標準和可靠性要求。通常，保險絲用于過電流保護。如果在規定的時間內超過額定電流，保險絲將中斷。選擇保險絲時，請考慮正常工作電流，應用電壓，環境溫度，過載電流條件，最大故障電流，電阻和代理商的認可。

 

    雷擊會在電源線上產生感應電涌，從而產生過電壓瞬變，從而導致故障。為了保護起見，設計人員通常選擇金屬氧化物壓敏電阻（MOV）和/或瞬態電壓抑制二極管（TVS）。MOV和TVS均旨在吸收瞬態電流浪涌。TVS二極管的響應時間短于皮秒，并且MOV可以吸收更多的能量，具體取決于所選的特定組件。正確的組件選擇取決于確切的系統布局和系統中的其他組件。需要考慮工作電壓，鉗位電壓，浪涌要求和組件成本。

 

    主保險絲參數：

 

    目前評級、最大工作電壓、額定電流中斷、串聯電阻

 

    主要MOV參數：

 

    吸收最大瞬態能量、最大峰值浪涌電流、最大持續工作電壓、鉗位電壓、工作溫度范圍

 

    主要TVS二極管參數：

 

    反向隔離電壓、峰值脈沖功耗、擊穿電壓

 

    艾賽斯IXYS保護無線通信微處理器免受靜電釋放（ESD）的影響

 

    用于智能插座的無線通信電路要暴露在包括人為觸摸在內的外部環境中，并且應該主要具有防ESD的保護。選擇最佳的抑制技術取決于威脅級別，系統架構和外形。

 

    艾賽斯IXYSESD抑制組件既保護無線芯片組又保護無線接口后面的數字電路。TVS二極管陣列和聚合物ESD抑制器是兩種解決方案。TVS二極管陣列的優點是可能的最低鉗位電壓和最小的封裝尺寸。兩種元件均具有低泄漏電流和低于1pF的低電容。根據IEC61000-4-2標準，用于該應用的典型TVS二極管將承受+/-12kVESD。

 

    艾賽斯IXYSTVS二極管陣列和聚合物ESD抑制器都具有較小的占位面積，并占用少量寶貴的印刷電路板空間。最重要的是，這些設備（取決于所選的組件）可以承受高達30kV的直接接觸和高達30kV的空中傳輸電壓（符合IEC61000-4-2）。聚合物ESD器件可在納秒內響應ESD電壓，而TVS二極管可在皮秒內響應。如果主要考慮尺寸，則聚合物ESD器件的最大占位面積（焊盤長度）為3mm，而TVS二極管的最大占位面積為9mm。

 

    主要聚合物ESD參數

 

    隔離電壓、鉗位電壓、觸發電壓、電容、漏電流

 

    艾賽斯IXYS智能調光器和智能電源插座的保護和控制

 

    智能調光器和智能電源插座均從電源線獲取電源。因此，它們需要電源線保護。兩種設備都具有無線通信接口，因此需要防靜電保護。在生產和安裝過程中，還需要ESD保護，以保護電路免受手動控制的開關和其他觸點的影響。圖1顯示了過流保護，過壓保護和電源控制的典型選項。

 

    艾賽斯IXYS智能調光器和電源插座的電源控制

 

    智能插座使用肖特基整流器對開關電源進行整流，該開關電源為直流電路供電。肖特基整流器的正向電壓低。低正向電壓提高了功率轉換效率。此外，肖特基二極管具有快速的開關速度，可使開關電源在高頻下工作，從而進一步提高效率。

 

    艾賽斯IXYS在調光器中，可控硅用于控制輸出到光的交流波形的百分比。對于低負載電流，LED，TRIAC等光源的保持電流可低至6mA。控制光源的另一種選擇是MOSFET。MOSFET具有快速開關時間和低導通電阻，可最大程度地降低功率損耗并提高從輸入到輸出的功率傳輸效率。柵極驅動器控制MOSFET，并確保MOSFET的有效導通和關斷。

 

    肖特基二極管的主要參數

 

    正向電壓、正向電流、反向電壓、反向恢復時間

 

    TRIAC的主要參數

 

    導通電流、額定電壓、保持電流、通態電流上升率

 

    初級MOSFET參數

 

    漏源電流、導通電阻、切換時間

 

    初級MOSFET柵極驅動器參數

 

    輸入電壓、輸出電流

 

    確保對GFCI，AFCI和USB插座的保護和控制

 

    家用的原始智能設備是GFCI和AFCI。GFCI感應何時在熱線上傳遞的負載電流不在中性線上返回。如果電流不平衡量超過預定的跳閘水平，則GFCI會斷開電源，以防止觸電危險。AFCI會檢測到電弧情況，并從插座上拔下電源以防止起火。

 

    具有USB充電功能的電源插座在住宅和公共場所越來越普遍。這些插座可以將USB充電與歷史電源插座組合在一起，也可以在單個設備中使用多個USB充電器。GFCI，AFCI和USB充電器需要防止瞬變的保護。圖4顯示了GFCI，AFCI和USB充電插座所需的推薦保護和控制組件。

 

    GFCI和AFCI的框圖如圖5所示。智能調光器和智能插座的保護組件相似。推薦的功率控制組件是SCR。當檢測到電流不平衡時，SCR激活繼電器，斷開交流主輸入電源到輸出的連接。而且，SCR可提供各種通孔和表面貼裝封裝。它們還將具有高達2500Vrms的隔離電壓。