最小化设备待机功耗

对于物联网，连接变得越来越重要，因为它允许保持适当的通信，并且作为结果，待机消耗变成了一个真正的挑战。

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，一项重大挑战是优化能源消耗。对于物联网，连接变得越来越重要，因为它允许保持正确的通信，因此，设备待机功耗正在变成一个真正的挑战。 Power Integrations 宣布推出新的开关电源 IC 系列 LinkSwitch-TNZ，可降低智能家居应用和电器的待机功耗，以解决其中一些挑战。

在接受《电力电子新闻》采访时，Power Integrations 的高级产品营销经理 Adnaan Lokhandwala 指出，如今，许多设备都处于待机模式，并且为了满足各种监管要求，结合离线电源转换、无损过零检测的新解决方案并且，可选地，需要X电容器放电功能。

“典型的智能家居产品包括保持持续连接到线路的开关和各种插头。当然，他们也在不断地与智能手机通信。因此，待机功耗是这些产品的主要挑战之一。研究表明，许多设备一直在等待电源，占家庭能源使用的 10%，并且它们在白天有 80% 到 90% 的时间处于待机模式而不执行任何功能。例如，烟雾探测器必须通过调节连接到交流线路，但该烟雾探测器的占空比很浅。智能电器还必须在能耗方面满足某些地区法规，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功耗限制为 500 毫瓦，”Lokhandwala 说。

图 1：LinkSwitch-TNZ 系列：电源转换增加过零检测和 X 电容器放电（来源：Power Integrations）

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。这些智能家居和家电应用中非常常用的两个关键功能是分立式交流过零电路和 x -电容器放​​电。 “交流过零用于多种应用，以有效控制流向 LED 灯等负载的功率。不幸的是，今天使用的方法非常有损；这是一个非常标准的分立电路。另一个功能是满足许多这些电器的安全要求。而今天，该功能主要是通过在这些电容器上使用电阻器（泄放电阻器）来完成的。现在，当您谈论满载时，这两个函数在损失方面可能不是很重要。但当谈到待机时，这可能成为工程师设计这些产品时待机功耗预算的一个重要因素，”Lokhandwala 说。

LinkSwitch-TNZ 旨在增加将无损过零信号和 x 电容器放电与同一切换器相结合的能力。 “实现是一个非常简单的非隔离反向转换器。这种方法的美妙之处在于您可以通过非隔离方法获得所需的主要输出电压。今天的许多应用——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，隔离实际上来自外壳。因此，如果您考虑智能墙壁开关，它们不需要隔离电源。当然，这也让您可以避免使用自定义转换器，”Lokhandwala 说。

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。 “连接继电器时面临的挑战之一是开关的正确同步——所有这一切的过渡非常重要。然后，当然，让继电器驱动器提供正确的电源，”Lokhandwala 说。

通常采用分立电路来检测交流线路的过零点，以控制主功率器件的通电转换，以减少开关损耗和浪涌电流。这种方法的 BOM 显然是不经济的。

“发生的情况是，在接通继电器的那一刻，会有很大的浪涌电流，而且可能非常高。在关闭过程中也是如此，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，”Lokhandwala 说。

Power Integrations 声称，通过在芯片上集成过零交流泄漏检测，LinkSwitch-TNZ IC 可提供出色的轻负载效率，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) 标准用于要求设备在待机或关闭模式下消耗不超过 0. 5W 的家用电器 (1275)。可选地，封装中还可以包含 X 电容器放电功能，用于大功率应用。

图 2：当 VAC 通过 0 V 时，过零检测提供逻辑信号。该信号用于通过继电器或 TRIAC 同步开启电源。通过在 VAC =0 下切换，浪涌电流显着降低（来源：Power Integrations）

图 3：过零检测显着降低继电器开关应用中的浪涌电流（来源：Power Integrations）

“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，出于 EMI 和 RFI 的原因，它直接连接在交流线路的两端，从而最大限度地减少了噪声。因此，随着功率水平的提高，那些 x 电容器变得更大，泄放电阻器的影响要高得多。通常，电容器放电功能与电器更相关，”Lokhandwala 说。

图 3 中的框图显示了房屋中的传统机械开关，现在正在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，没有连接到系统的零线。

图 4：支持非中性智能开关（来源：Power Integrations）

图 5：通过有源 X 电容器放电降低家用电器的待机功率（来源：Power Integrations）

“从历史上看，这对机械开关来说不是问题，因为您不需要中性线，因为它们没有电子设备。但是现在，当您制造这些智能产品时，您是在将功能融入其中，这意味着您需要持续的能源来为这些电子设备供电。因此，在典型的智能设备中，您将拥有一个继电器驱动器、一个 AC DC 电源和一个通常用于确保延迟在正确时间开启的过零分立电路。您将拥有无线连接和一些传感器。 Ioff 是负载关闭时的漏电流，因为继电器使用另一个电流路径，希望在待机时导通。为了确保这个电流保持在极低的水平，你必须优化系统，使这个关断电流保持在低水平；如果电流高，结果是 LED 灯泡，例如，亮起。该电流可以流入并为输入电容器充电。因此，它基本上会打开和关闭灯，这是您不想要的。这种效果称为 LED“闪烁”或重影。因此，使用新产品，我们可以消除对零线的需求。这在家庭和改造应用中很常见，因为同样，北美、欧洲和亚洲的大多数家庭从未真正连接过中性线。因此，现在您必须设计一个可以使用两条线或不使用中性线的智能系统。我们所做的是创建一个完整的参考设计，在这种情况下，它是基于 Nordic BLE 模块的智能调光开关的参考设计，”Lokhandwala 说。

LinkSwitch-TNZ 开关模式电源 IC 允许对线路和负载进行 ±3% 的调节，使用外部偏置时空载功耗小于 30 mW，待机电流小于 100 µA。

>> 本文最初发表在我们的姊妹网站 Power电子新闻。