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智能插頭,讓電器更加智能

發(fā)布時(shí)間:2023-11-18 來(lái)源:東芝 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】近年來(lái),因插頭功率過(guò)載而引發(fā)火災(zāi)的情況不在少數(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),中國(guó)近10年發(fā)生的火災(zāi)中,約30%是由劣質(zhì)插頭引起的。此外因插頭外露而導(dǎo)致孩童觸電,引發(fā)生命危險(xiǎn)的事故也頻頻發(fā)生。如何提高使用插頭的安全性呢?這不得不引起大家的思考。


隨著科技的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品智能化在逐步走進(jìn)我們的生活,其中就包含著智能插頭。這些智能產(chǎn)品可以使我們的生活和工作更安全、更舒適、更便捷。同時(shí),也讓我們更好的享受生活。那么,智能插頭到底如何“智能”?


其實(shí),智能插頭就是將原有的普通插頭接入到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)之中,在保證原有的功能正常前提之下,使其帶有聯(lián)網(wǎng)的屬性,方便用戶可以遠(yuǎn)程控制智能插頭,從而控制接在智能插頭上的用電設(shè)備,降低引發(fā)危險(xiǎn)的可能性并提高人們的生活質(zhì)量。


智能插頭的內(nèi)部構(gòu)造大致由電源轉(zhuǎn)換、MCU控制、繼電器、無(wú)線通信、外圍保護(hù)電路等部分組成,其中無(wú)線通信,MCU控制的方案已經(jīng)較為成熟,方案廠家基本上都會(huì)提供一套完整的方案供其開(kāi)發(fā)。但是在電源供電,繼電器控制和外圍電路保護(hù)等電路都是需要硬件工程師們根據(jù)自己公司和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)自行進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的。


為此,東芝為了幫助客戶可以快速地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā),將產(chǎn)品快速推出,在電源供電、繼電器控制以及外圍保護(hù)電路方面提供了完整的電路方案參考。


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圖1 智能插頭的結(jié)構(gòu)組成


在電源方面,東芝針對(duì)智能插頭的應(yīng)用環(huán)境的不同和內(nèi)部元件所需要的工作電壓不同而推出了小型貼片式LDO穩(wěn)壓器,該LDO穩(wěn)壓器具有九個(gè)系列,包含四種特性,可以輸出多種電壓和電流,不僅可以勝任智能插頭之中的直流電源需求,還可以將快速推進(jìn)產(chǎn)品小型化的進(jìn)程。


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圖2 LDO穩(wěn)壓器系列


在繼電器控制方面依據(jù)控制電流的大小不同,東芝提出了四種解決方案,分別為機(jī)械式繼電器的交流開(kāi)關(guān)電路,光繼電器的交流開(kāi)關(guān)電路(小于0.3A),光伏輸出光耦和MOSFET的交流開(kāi)關(guān)電路(約0.3A至1A)與雙向可控硅和雙向可控硅輸出光電耦合器的交流開(kāi)關(guān)電路(1A或以上)。常用的為機(jī)械式繼電器交流開(kāi)關(guān)電路。


大家都知道,繼電器控制的話是需要電流驅(qū)動(dòng)的,因?yàn)槠胀刂破鬏敵龅碾娏饕话闶遣荒苤苯域?qū)動(dòng)繼電器,同時(shí),繼電器內(nèi)部構(gòu)造一般都是由線圈,銜鐵與金屬觸點(diǎn)等構(gòu)成,在驅(qū)動(dòng)其工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),如果不用續(xù)流二極管加以保護(hù),很容易損壞控制電路,造成不可挽回的損失。東芝在此方案的驅(qū)動(dòng)繼電器與電路保護(hù)方面可謂是做足了功課。在驅(qū)動(dòng)方面推薦采用小信號(hào)N溝道MOSEFT實(shí)現(xiàn)繼電器的驅(qū)動(dòng)。這里東芝推薦使用SSM3K36FS或SSM3K56FS。該MOSEFT封裝都采用SOT-416封裝,Vdss最大支持20V,導(dǎo)通電流分別為0.5A與0.8A。功率耗散均為0.15W,在4.5V時(shí),RDS(ON)最大值分別為0.66Ω和0.235Ω。在電路保護(hù)方面,東芝推薦使用CRS系列肖特基二極管CRS03與CRS13,兩種二極管均采用較小的S-FLAT?,有助于縮小PCB占板面積。CRS03的反向峰值電壓最大為30V,適合應(yīng)用在30V以下的電路之中,CRS13的反向峰值電壓最大為60V,適合應(yīng)用在60V以下的電路之中。二者最大正向平均電流均可以達(dá)到1A,可以很好的解決繼電器的自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)損壞電路的問(wèn)題。


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圖3 機(jī)械式繼電器交流開(kāi)關(guān)電路


在小電流交流開(kāi)關(guān)電路方面,東芝也有方案供其參考。在控制交流小于0.3A的用電設(shè)備時(shí),可以采用東芝自研的光繼電器TLP3549,其采用DIP8封裝,具有良好的散熱條件,同時(shí)具有最大0.6A的導(dǎo)通電流,控制電流最大為25mA,隔離電壓為2500V,可以較好的保護(hù)后級(jí)電路不受強(qiáng)電損壞。


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圖4 光繼電器交流開(kāi)關(guān)電路


在控制0.3A-1A的交流用電器時(shí),可以參考東芝推出的光耦與MOS組合實(shí)現(xiàn)的交流控制電路。這里東芝推薦采用TLP系列光耦TLP3906與TLP3910。TLP3906采用SO6封裝,TLP3910采用SO6L封裝,均可以減少PCB尺寸,同時(shí),其控制電流最大均為30mA,功耗卻低至12μA。在隔離方面,TLP3906的隔離電壓最大可以達(dá)到3750V,爬電距離最小可以達(dá)到5mm,而TLP3910的隔離電壓最大可以達(dá)到5000V,爬電距離最小達(dá)到8mm。


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圖5 光伏輸出光耦和MOSFET的交流開(kāi)關(guān)電路


在1A以上電流的控制時(shí),可以采用東芝雙向可控硅輸出光耦實(shí)現(xiàn)的交流開(kāi)關(guān)電路控制。雙向可控硅輸出光耦可采用TLP265J、TLP266J、TLP267J和TLP268J,這四種可控硅輸出光耦均采用4pin的SO6封裝,在降低PCB大小的同時(shí),還支持引腳兼容。其VDRM均為600V,TLP265J與TLP266J的最大IFT為10mA,TLP267J和TLP268J的最大IFT為10mA,IT(RMS)均為70mA,同時(shí)隔離電壓均為3750V。


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圖6 雙向可控硅輸出光耦的交流開(kāi)關(guān)電路


在電路保護(hù)方面,由于智能插頭需要被人們所接觸,難免會(huì)遇到靜電方面的影響,東芝在電路保護(hù)這方面考慮的十分周到,并為客戶提供了多種參數(shù)的TVS二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)不同電路的保護(hù)方案供其參考。


這里東芝主要推薦采用DF2B系列TVS二極管,具體型號(hào)為:DF2B7ASL、DF2B5M4SL、DF2B6M4SL與DF2B6M4BSL。該系列二極管具有SOD-962小型封裝,具有四種ESD電壓防護(hù)等級(jí),以及3.6V與5.5V兩種反向工作峰值電壓。最小結(jié)電容僅為0.2pF,可以減少對(duì)保護(hù)電路的信號(hào)傳輸影響。


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圖7 外圍保護(hù)電路


東芝半導(dǎo)體在電路方案的研究與半導(dǎo)體產(chǎn)品的研發(fā)都具有十分豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。推出的方案都極具參考價(jià)值并且可以快速幫助客戶進(jìn)行電路設(shè)計(jì),為客戶排憂解難并助力客戶快速的將產(chǎn)品推出,占領(lǐng)市場(chǎng)先機(jī)。



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