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摘要：本文介紹了一種智能家居的電路保護(hù)系統(tǒng)，并且分電源接口和信號接口兩個方向介紹，針對系統(tǒng)電源口防護(hù)、DC口供電保護(hù)、信號線保護(hù)等問題提出解決方案，并付諸于實踐。 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展，傳統(tǒng)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)融合已是大勢所趨。智能家居這一概念已產(chǎn)生多年，近年來伴隨建筑、家電、安全防護(hù)、互聯(lián)網(wǎng)和通信以及IT等行業(yè)的快速成長，智能家居行業(yè)開始呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢。由于智能家居系統(tǒng)涉及多個行業(yè)，如建筑、裝潢、家電、互聯(lián)網(wǎng)等，行業(yè)間的協(xié)調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一方面目前還不成熟，這要求智能家居系統(tǒng)更多地考慮產(chǎn)品的安全特性，例如對于施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的錯接、短路等誤操作具有極強(qiáng)的保護(hù)性且維修成本低;另外智能家居的安裝和布線可能是一次性的，所以系統(tǒng)最好具有極高的可靠性，對應(yīng)用過程中可能出現(xiàn)的雷擊浪涌、電網(wǎng)過電壓、靜電等能夠及時保護(hù)。 實際應(yīng)用中，智能家居系統(tǒng)的電源接口和信號接口極易受到雷擊浪涌、電網(wǎng)電壓波動、靜電和老化短路、接線錯誤等過電壓及過電流故障侵害，導(dǎo)致系統(tǒng)故障或損壞。為提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，需要在設(shè)計時考慮對其相應(yīng)接口做充分的保護(hù)。 1 系統(tǒng)電源口防護(hù) 對于存在交流供電輸入口的產(chǎn)品，供電口常見的可能出現(xiàn)的異常輸入包括雷擊、電源零線丟失、輸入電壓錯誤、電力線感應(yīng)等過電壓故障和錯接、短路等過電流故障。這些故障可能會使智能家居這類的低功率系統(tǒng)損壞，可以通過單獨(dú)或聯(lián)合采用PPTC或Fuse(保險絲)以及MOV(金屬氧化物壓敏電阻)等器件實現(xiàn)保護(hù)。 如圖1所示的典型應(yīng)用電路所示，由PPTC和MOV耦合而成的2Pro產(chǎn)品，在發(fā)生偶然的瞬態(tài)過壓時，并聯(lián)于電路中的MOV導(dǎo)通泄放故障能量，而其過程中如果存在過高的電流或熱量會使耦合的PPTC進(jìn)入高阻狀態(tài)，從而降低MOV元件失效的風(fēng)險;同時串聯(lián)于電路中的PPTC則可以對可能過電流故障進(jìn)行及時的保護(hù)。從圖2所示的典型雷擊浪涌響應(yīng)曲線可以看出，2Pro產(chǎn)品可以及時地保護(hù)下游設(shè)備免遭浪涌瞬時過電壓的破壞。2Pro的耦合集成設(shè)計比單一的分立器件設(shè)計對過電壓、過電流及過溫有著更可靠的保護(hù)效果，如圖3所示，這是因為在某些故障條件下，如零線丟失，即便上游使用的分立的保險絲或功率電阻，MOV也可能會過熱而燒毀從而導(dǎo)致災(zāi)難性后果。 2 DC口供電保護(hù) 對于直流口，供電口常見的可能出現(xiàn)異常輸入包括錯接電源、反接電源等過電壓故障和短路等過電流故障。這些故障可能會使智能家居這類低功率系統(tǒng)損壞，如果通過其他的方案來實現(xiàn)這些保護(hù)，可能會用到PPTC或Fuse、二極管、場效應(yīng)管、IC及阻容等，需要的周邊器件比較多，成本及空間要求高。而TE的PolyZEN產(chǎn)品在更可靠地解決這些問題的同時，可以有效節(jié)約設(shè)計空間和成本，器件的可恢復(fù)特性則大大地有利于后期維護(hù)。 PolyZEN由PPTC和Zener管耦合而成，在輸入電壓異常的情況下，PolyZEN能夠輸出較為穩(wěn)定的電壓，可以保護(hù)輸入電源錯誤或反接電源的故障情形;在回路電流異常的情況下，PPTC可以有效地“切斷”電路，使得下游電子設(shè)備得到有效的保護(hù)。圖4是PolyZEN典型的應(yīng)用示意圖。 圖5所示的是PolyZEN在錯接輸入電源情況下的響應(yīng)曲線，當(dāng)輸入電源超出規(guī)定值時，Zener管擊穿，電流從Zener管泄放，輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)計值范圍內(nèi)，此時Zener管發(fā)熱，使得耦合的PPTC動作，限制回流電流，保護(hù)電子設(shè)備。動作時間在ms級，且故障排除后器件可恢復(fù)。PolyZEN的熱耦合設(shè)計，使得過電壓輸入，在某些條件下，即使輸入電源錯誤，PolyZEN不僅可以保護(hù)下游電路不被損壞，而且可以維持設(shè)備的正常運(yùn)行，如圖6所示。PolyZEN的使用，使得智能家居系統(tǒng)更為穩(wěn)健，能夠適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境。 不僅如此，PolyZEN還具有靜電和浪涌防護(hù)等功能，一顆小小的器件，卻能帶給工程師無限的驚喜。新一代的PolyZEN擁有很小的封裝，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用與汽車電子、消費(fèi)電子和工業(yè)等各個領(lǐng)域。 3 信號線保護(hù) 智能家居系統(tǒng)的信號線由于現(xiàn)場操作的失誤，容易出現(xiàn)錯接電源線、絕緣損傷短路、雷擊浪涌等情況。圖7是典型的信號口保護(hù)電路方案，可以保護(hù)雷擊浪涌、電力線搭接、短路等智能家居中常見的故障情況。通過PPTC/GDT/TVS等過流、過壓保護(hù)器件的聯(lián)用，形成對下游電路的有效保護(hù)。具體器件的選型，應(yīng)根據(jù)客戶的應(yīng)用要求、故障類型及保護(hù)等級要求等方面加以考量和測試，確保產(chǎn)品的高可靠性。 智能家居系統(tǒng)伴隨著人們的日常生活。靜電在日常生活中是十分常見的，人體摩擦感應(yīng)的靜電甚至可達(dá)到15kV以上。靜電及其放電可通過力學(xué)效應(yīng)、熱效應(yīng)、強(qiáng)電場效應(yīng)等對元器件造成破壞或損傷，既可能是永久性的(如功能喪失，不能恢復(fù))，也可能是暫時性的(如靜電放電產(chǎn)生的干擾使功能暫時喪失);既可能是突發(fā)失效，也可能是潛在失效，具有極強(qiáng)的隱蔽性、潛在性、隨機(jī)性及復(fù)雜性。 IC和MosFET等電子器件是靜電危害的重災(zāi)區(qū)，其中80%的損失都是潛在性的，會導(dǎo)致電路功能暫時性失效。圖8是ESD對IC和MosFET的破壞和損傷;電路如果沒有有效的靜電防護(hù)措施，常常會出現(xiàn)功能異常、死機(jī)等，嚴(yán)重的，甚至可能產(chǎn)生人身損傷或財產(chǎn)損失。 TE的PESD和SESD器件可以有效的保護(hù)信號線的靜電故障，寄生電容(圖9)極低，可以應(yīng)用于常規(guī)的信號線及RF天線等。 |
