Сведение к минимуму энергопотребления устройства в режиме ожидания

С IoT возможность подключения становится все более важной, поскольку она позволяет поддерживать надлежащую связь и, как В результате потребление в режиме ожидания превращается в настоящую проблему.

Смартфоны и бытовая техника относятся к числу приложений, которые эволюционировали в последние годы. Одна из важных задач - оптимизировать потребление энергии по мере того, как на рынок выходит все больше и больше устройств. С IoT возможность подключения становится все более важной, поскольку она позволяет поддерживать надлежащую связь, и, как следствие, энергопотребление устройства в режиме ожидания становится реальной проблемой. Power Integrations анонсировала LinkSwitch-TNZ, новое семейство импульсных ИС блоков питания, которое снижает потребление энергии в режиме ожидания в приложениях и устройствах умного дома для решения некоторых из этих проблем.

В интервью Power Electronics News Аднаан Локхандвала, старший менеджер по маркетингу продуктов в Power Integrations, отметил, что сегодня многие устройства работают в режиме ожидания и, в соответствии с различными нормативными требованиями, появляются новые решения, сочетающие автономное преобразование мощности и обнаружение пересечения нуля без потерь. и, по желанию, требуются функции разряда Х-конденсатора.

«Типичные продукты для умного дома включают переключатели и различные вилки, которые остаются постоянно подключенными к линии. И, конечно же, они постоянно общаются со смартфонами. Таким образом, энергопотребление в режиме ожидания является одной из основных проблем, связанных с этими продуктами. Исследования показывают, что ряд устройств постоянно ждут подачи питания, что составляет 10% от потребления энергии в домашних условиях и от 80 до 90% времени они находятся в режиме ожидания в течение дня, не выполняя никаких функций. Например, дымовые извещатели должны быть подключены к линии переменного тока посредством регулирования, но рабочий цикл этого дымового извещателя невелик. Умные устройства также должны соответствовать определенным региональным нормам с точки зрения энергопотребления, включая потребление в режиме ожидания. Так, например, в Европе действует стандарт EC 1275, который ограничивает максимальное потребление бытовой техникой, продаваемой в Европе, до 500 милливатт, когда они выключены или находятся в режиме ожидания », - говорит Локхандвала.

Рис. 1. Семейство LinkSwitch-TNZ:преобразование мощности добавляет обнаружение нулевого пересечения и разряд Х-конденсатора (Источник:Power Integrations)

Переключение решений

Нам необходимо знать об ограничениях режима ожидания, и сокращение потерь для повышения эффективности должно быть мантрой любого нового процесса проектирования. Две ключевые функции, которые очень часто используются в этих приложениях для умного дома и бытовой техники, - это дискретная схема перехода переменного тока через ноль и x -конденсаторный разряд. «Пересечение нуля и переменного тока используется в нескольких приложениях для эффективного управления мощностью, поступающей на нагрузки, такие как светодиодные лампы. К сожалению, подход, который используется сегодня, дает очень много потерь; это очень стандартная дискретная схема. Другая функция заключается в соблюдении требований безопасности, предъявляемых к большому количеству этих устройств. И сегодня эта функция в основном выполняется за счет использования резисторов на этих конденсаторах (резисторы утечки). Теперь, когда вы говорите о полной нагрузке, эти две функции могут не иметь большого значения с точки зрения потерь. Но когда вы говорите о режиме ожидания, это может стать важным фактором для бюджета мощности в режиме ожидания, который имеется у инженеров при разработке этих продуктов », - сказал Локхандвала.

LinkSwitch-TNZ стремится добавить возможность комбинировать сигнал пересечения нуля без потерь и разряд x-конденсатора с одним и тем же переключателем. «Реализация представляет собой очень простой неизолированный обратный преобразователь. Прелесть этого подхода в том, что вы можете получить необходимые основные выходные напряжения, используя неизолированный подход. Многие современные приложения - даже в умных домах - не требуют изолированного источника питания, потому что нет прямого контакта с человеком, а изоляция фактически исходит от кожуха. Итак, если вы думаете об умных настенных переключателях, они не требуют изолирования источника питания. Конечно, это также позволяет избежать использования нестандартных трансформаторов », - говорит Локхандвала.

Такие устройства, как переключатели, диммеры, датчики и вилки, периодически подключают и отключают линию переменного тока с помощью реле или TRIAC. «Одна из проблем при подключении реле - это правильная синхронизация включения и выключения - переход во всем этом очень важен. И, конечно же, наличие драйвера реле для обеспечения правильного питания », - говорит Локхандвала.

Дискретная схема обычно используется для обнаружения точки перехода через нуль линии переменного тока для управления переходом при включении основного силового устройства с целью снижения коммутационных потерь и пускового тока. Спецификация этого подхода явно неэкономична.

«Что происходит, так это то, что в момент включения реле возникает большой пусковой ток, который может быть очень большим. То же самое верно и в отношении процесса отключения, и оба случая могут повлиять на срок службы реле - и, конечно, в этом случае также на срок службы продукта », - говорит Локхандвала.

Power Integrations утверждает, что за счет интеграции обнаружения утечки переменного тока через нуль на микросхеме микросхемы LinkSwitch-TNZ обеспечивают отличную эффективность при малой нагрузке, позволяя запитывать несколько функций системы, при этом соблюдая строгие правила режима ожидания, такие как стандарт Европейской комиссии (EC). для бытовых приборов (1275), которым требуется оборудование, потребляющее не более 0,5 Вт в режиме ожидания или в выключенном состоянии. По желанию, функция разряда Х-конденсатора также может быть включена в пакет для приложений большой мощности.

Рис. 2:Обнаружение перехода через нуль обеспечивает логический сигнал, когда напряжение переменного тока проходит через 0 В. Сигнал, используемый для синхронизации включения источника питания через реле или симистор. При переключении на VAC =0 пусковой ток значительно снижается (Источник:Power Integrations)

Рис. 3. Обнаружение нулевого перехода значительно снижает пусковой ток в приложениях с релейной коммутацией (Источник:Power Integrations)

«Обычно x-конденсатор используется в конструкциях с более высокой мощностью. x-конденсатор обычно представляет собой фильтрующий конденсатор, который подключается непосредственно к линии переменного тока по причинам EMI и RFI, минимизируя этот шум. Таким образом, по мере увеличения уровня мощности эти x конденсаторы становятся больше, и влияние резисторов утечки намного выше. Как правило, функция разряда конденсатора более актуальна в бытовых приборах », - говорит Локхандвала.

Блок-схема на рисунке 3 показывает традиционный механический выключатель в домах, который теперь заменяется более интеллектуальными устройствами. У него есть провод, подключенный к входу и выходу ... в основном, к системе не подключен нейтральный провод.

Рис. 4. Поддержка интеллектуальных коммутаторов без нейтрали (Источник:Power Integrations)

Рис. 5. Снижение мощности в режиме ожидания в бытовой технике с помощью активного разряда X-конденсатора (Источник:Power Integrations)

«Исторически сложилось так, что с механическими переключателями это не было проблемой, потому что вам не нужен нейтральный провод, поскольку в них нет электроники. Но теперь, когда вы делаете эти умные продукты, вы вкладываете в них функциональность, а это означает, что вам нужен постоянный источник энергии для питания этих электронных устройств. Итак, в типичном интеллектуальном устройстве у вас будет драйвер реле, источник питания постоянного тока переменного тока и дискретная схема с переходом через нуль, обычно используемая для обеспечения включения задержки в нужное время. И у вас будет беспроводная связь и несколько датчиков. Ioff - это ток утечки при отключенной нагрузке, поскольку реле используют другой путь тока в надежде провести в режиме ожидания. Чтобы гарантировать, что этот ток поддерживается на очень низком уровне, вы должны оптимизировать систему так, чтобы этот ток отключения оставался низким; если ток большой, в результате, например, загорится светодиодная лампа. Этот ток может прийти и зарядить входной конденсатор. И в результате он будет включать и выключать лампу, чего вы не хотите. Этот эффект называется «мерцанием» светодиода или ореолом. Таким образом, с новым продуктом мы можем избавиться от необходимости в нейтральном проводе. И это очень часто бывает с домами и модификациями, потому что, опять же, большинство домов в Северной Америке, Европе и Азии никогда не было подключено с помощью нейтрального провода. Итак, теперь вам нужно разработать интеллектуальную систему, которая может работать с двумя проводами или без нейтрального провода. И мы создали полный эталонный дизайн, который в данном случае является эталонным дизайном для интеллектуального диммерного переключателя, основанного на модуле Nordic BLE », - говорит Локхандвала.

ИС импульсных источников питания LinkSwitch-TNZ допускают регулировку ± 3% на линии и нагрузке, имеют потребление без нагрузки менее 30 мВт при внешнем смещении и ток в режиме ожидания менее 100 мкА.

>> Эта статья изначально была опубликована на нашем дочернем сайте Power Новости электроники.