随着物联网，连接变得越来越重要，因为它允许保持正确的通信，因此，待机消耗正在变成一个真正的挑战。

智能手机和家用电器是近年来发展起来的应用之一。随着越来越多的设备进入市场，最大的挑战之一是优化能耗。随着物联网，连接变得越来越重要，因为它允许保持正确的通信，因此，设备待机功耗正成为一个真正的挑战。Power Integrations宣布链接开关TNZ，一种新的开关电源IC系列，可减少智能家居应用和家电中的待机消耗，以解决其中一些挑战。

在接受Power Electronics News采访时，Power Integrations高级产品营销经理Adnaan Lokhandwala指出，如今，许多设备都处于待机模式，为了满足各种监管要求，需要结合离线电源转换、无损零交叉检测和可选的X电容放电功能的新解决方案。

“典型的智能家居产品包括开关和各种插头，它们保持与线路的连续连接。当然，它们也在不断地与智能手机通信。因此待机功耗是这些产品面临的关键挑战之一。研究表明，许多设备都在不断地等待电力，占家庭能源使用的10%它们在白天处于待机模式而不执行任何功能的时间。例如，烟雾探测器必须按照规定连接到交流线路，但烟雾探测器的占空比较低。智能家电还必须满足某些地区的能耗规定，包括待机能耗。因此，例如，欧洲有EC 1275，它将在欧洲销售的电器在关闭或处于待机模式时的最大消耗限制为500毫瓦。


图1:LinkSwitch TNZ系列：电源转换增加了零交叉检测和X电容放电（来源：电源集成）

切换解决方案

我们需要意识到待机的局限性，减少损耗以提高效率应该是任何新设计过程的口头禅。在这些智能家居和家电应用中非常常用的两个关键功能是离散交流过零电路和x电容放电。“交流过零被用于多种应用中，以有效地控制流向LED灯等负载的功率。不幸的是，目前使用的方法损耗很大；这是一个非常标准的分立电路。另一个功能是满足许多此类设备的安全要求。而今天，这一功能主要通过在电容器两端使用电阻器来实现（放气电阻器）。现在，当您谈论满载时，这两个功能在损失方面可能不是很重要。但当你谈到待机时，这可能会成为工程师在设计这些产品时待机功率预算的一个重要因素。

LinkSwitch TNZ旨在增加使用同一切换器组合无损过零信号和x电容放电的能力。“实现是一个非常简单的非隔离反向转换器。这种方法的优点在于，您可以使用非隔离方法导出所需的主输出电压。现在的许多应用程序，甚至在智能家居中，都不需要隔离电源，因为没有直接的人接触，而且隔离实际上来自外壳。因此，如果您认为对于智能墙壁开关，它们不需要隔离电源。当然，这也可以避免使用定制变压器。

开关、调光器、传感器和插头等设备使用继电器或TRIAC定期连接和断开交流线路。Lokhandwala表示：“连接继电器时的一个挑战是开关时的正确同步——所有这一切的过渡都非常重要。当然，还有继电器驱动器来提供正确的电源。”。

典型地采用分立电路来检测AC线路的过零点，以控制主电力设备的通电转变。这种方法的BOM显然不经济。

Lokhandwala表示：“所发生的情况是，在打开继电器的瞬间，有一个很大的涌入电流，可能非常高。在关闭过程中也是如此，这两种情况都会对继电器寿命产生影响，当然，在这种情况下，产品的寿命也会受到影响。”。

Power Integrations声称，通过在芯片上集成零交叉交流泄漏检测，LinkSwitch TNZ IC提供了出色的轻负载效率，允许为多个系统功能供电，同时仍满足严格的待机规定，例如欧盟委员会（EC）家用电器标准（1275），该标准要求设备消耗不超过0。待机或关闭模式下为5W。可选地，X电容器放电功能也可以包括在用于高功率应用的封装中。


图2：当VAC通过0V时，零交叉检测提供逻辑信号。信号用于通过继电器或TRIAC同步开启电源。通过在VAC=0时切换，涌入电流显著减少（来源：电源集成）


图3：零交叉检测显著降低继电器开关应用中的浪涌电流（来源：电源集成）

“通常，x电容器用于更高功率的设计。x电容器通常是一个滤波电容器，由于EMI和RFI的原因，它直接连接在交流线路上，从而将噪声降至最低。因此，随着功率水平的提高，这些x电容器会变大，泄放电阻器的影响也会更大。通常，电容器放电功能与电器更相关。”洛坎达拉说。

图3中的框图显示了房屋中的传统机械开关，现在正被更智能的设备所取代。它有一根电线连接到输入和输出……基本上，没有中性线连接到系统。


图4：支持无中性点智能开关（来源：电源集成）


图5：使用有源X电容放电降低家用电器的待机功率（来源：电源集成）

“从历史上看，机械开关没有问题，因为你不需要中性线，因为它们没有电子设备。但现在，当你制造这些智能产品时，你将功能放在里面，这意味着你需要一个恒定的能量源来为这些电子设备供电。因此，在典型的智能设备中，你将有一个继电器驱动器、一个交流-直流电源、以及通常用于确保延迟在正确时间开启的零交叉离散电路。你会有无线连接和一些传感器。Ioff是负载关闭时的泄漏电流，因为继电器使用另一个电流路径，希望在待机时导通。为了确保该电流保持极低，您必须优化系统，使该关断电流保持较低；例如，如果电流很高，结果是LED灯泡亮起。这种电流会对输入电容器充电。结果，它基本上会打开和关闭灯，这是你不想要的。这种效果被称为LED“闪烁”或重影。因此，通过新产品，我们可以消除对中性线的需求。这在家庭和改装应用中很常见，因为北美、欧洲和亚洲的大多数家庭从未真正用过中性线。所以，现在你必须设计一个智能系统，既可以使用两根电线，也可以不使用中性线。我们所做的是创建一个完整的参考设计，在本例中，这是基于北欧BLE模块的智能调光器开关的参考设计。

LinkSwitch TNZ开关模式电源IC允许对线路和负载进行±3%的调节，在外部偏置的情况下，空载功耗小于30mW，待机电流小于100µa。

>>这篇文章最初发表在我们的姐妹网站上，电力电子新闻.