無線通信、互聯(lián)網(wǎng)和電子電路的發(fā)展推動了智能設(shè)備的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在向智能設(shè)備（物聯(lián)網(wǎng)）發(fā)展。提供電源控制、安全、環(huán)境控制和娛樂功能的智能設(shè)備在家庭中越來越普遍?，F(xiàn)在有智能版本的非智能電源控制設(shè)備包括調(diào)光器、電源插座和接地故障電路中斷器（GFCI）/電弧故障電路中斷器（AFCI）。

雖然非智能設(shè)備只能手動控制或始終通電，但智能設(shè)備具有允許自動控制和狀態(tài)反饋的電子設(shè)備和固件。智能設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一個組成部分，對來自個人計算機(jī)、平板電腦、智能手機(jī)或虛擬助手的控制作出響應(yīng)。這些產(chǎn)品使用無線通信協(xié)議（如蜂窩、Wi-Fi或藍(lán)牙）訪問智能設(shè)備。

設(shè)計者面臨的挑戰(zhàn)是確保這些新的智能設(shè)備安全可靠，這樣消費者就可以在沒有中斷服務(wù)風(fēng)險的情況下?lián)碛懈呖煽啃浴Ｒ虼?，設(shè)備需要過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)，以維持運行，即使在受到廣泛的環(huán)境危害時，如雷電沖擊、感應(yīng)功率浪涌、靜電放電（ESD）和電快速瞬變。本文為設(shè)計者提供了保護(hù)和低功耗控制元件的建議，這些元件既能防止過載損壞敏感電路，又能最大限度地提高器件效率。

調(diào)光器和電源插座連接到交流電源線上，并受到交流線路上可能出現(xiàn)的過電流和瞬時過電壓條件的影響。諸如雷擊、由負(fù)載浪涌引起的電源線電壓變化、電機(jī)啟動或關(guān)閉產(chǎn)生的感應(yīng)瞬變以及靜電放電（ESD）等瞬變會損壞控制智能調(diào)光器和智能電源插座的電子電路。

圖1顯示了為保護(hù)電子電路和有效控制調(diào)光器和智能電源插座而推薦的保護(hù)和控制組件。

調(diào)光器是家庭中控制照明設(shè)備照明的常用設(shè)備。智能調(diào)光器允許精確遙控或定時控制燈具或一組燈。圖2顯示了電子調(diào)光開關(guān)的框圖，并顯示了使用推薦的保護(hù)和控制元件的具體電路塊。

交流輸入保護(hù)電路塊直接與交流電源線連接，需要過電流和瞬態(tài)電壓保護(hù)。設(shè)計人員應(yīng)熔合電路板，以防止過電流對下游電路板造成損壞。我們建議使用慢熔斷保險絲，以避免因開關(guān)電源等浪涌電流而造成故障停機(jī)。保險絲的額定電壓應(yīng)超過額定交流線路電壓。

保險絲的一個關(guān)鍵參數(shù)是它的中斷額定值。確保所選保險絲在大過載期間不會熔化或蒸發(fā)。估計電源線的最大電流容量，并選擇中斷額定值超過潛在可用電流的保險絲。額定電流為100kA的熔斷器。

為了保護(hù)交流輸入保護(hù)電路不受交流線路瞬變的影響，我們建議使用金屬氧化物變阻器（MOV）。MOV能夠承受瞬態(tài)的最大電壓，并能吸收瞬態(tài)電壓引起的電流浪涌。我們建議你考慮一個MOV，它能吸收10000 a的電流脈沖和400 J的瞬態(tài)能量。良好的設(shè)計實踐是將MOV盡可能靠近pc板的輸入，以防止瞬態(tài)傳播到電路中。

在交流輸入保護(hù)電路的二次側(cè)，使用瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）保護(hù)下游次級電路。您可以選擇單向或雙向二極管，這取決于電路可能同時受到正和負(fù)瞬態(tài)的影響。TVS二極管對瞬態(tài)響應(yīng)非?？欤?ps以下。它們可以吸收1500 W的峰值脈沖功率，并且具有低鉗位電壓以保護(hù)低壓電子電路。

開關(guān)電路控制燈具的輸出。最大限度地降低功耗可以最大限度地提高電路的效率，并最大限度地減少調(diào)光器中的熱量積聚。我們建議使用低保持電流的雙向晶閘管。

雙向晶閘管可用于保持電流低于10毫安。它們還可以在超過100°C的結(jié)溫下安全運行。為了進(jìn)一步提高效率，考慮使用MOSFET來控制TRIAC的功率。選擇低RDS（on）電阻小于0.5Ω、開關(guān)時間快的功率MOSFET，以減少器件轉(zhuǎn)換過程中的功率損耗和MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時的功耗。

你可以用一個單片柵極驅(qū)動器來簡化驅(qū)動mosfet的管理。柵極驅(qū)動芯片可以包含兩個驅(qū)動放大器來控制高側(cè)、低側(cè)功率mosfet并使其開關(guān)速度最大化。選擇一個具有足夠電流容量的柵極驅(qū)動器來驅(qū)動mosfet。最后，用MOV保護(hù)電路不受已傳播到開關(guān)電路的線電壓浪涌的影響，MOV可以承受與建議用于交流輸入保護(hù)電路的MOV相似的量。

無線通信電路使用無線LAN（Wi-Fi）協(xié)議與PC、平板電腦或智能手機(jī)進(jìn)行通信，以遠(yuǎn)程控制調(diào)光器。該電路與外部環(huán)境相連接，并受到靜電放電的影響，主要由智能調(diào)光器的用戶引起。

我們建議使用雙向TVS二極管陣列（如圖3所示）或聚合物ESD保護(hù)裝置來保護(hù)無線通信電路。

這兩種器件都可以保護(hù)I/O端口，由于電容低于1 pF，對電路性能的影響最小。此外，兩個組件都有表面貼裝包裝，以節(jié)省有限的pc板空間。此外，它們的漏電流小于1μA，從而降低了電路的功率負(fù)載。最重要的是，根據(jù)IEC 61000-4-2 ESD標(biāo)準(zhǔn)，任何一個設(shè)備都能承受±12 kV的ESD沖擊。

本地開關(guān)允許用戶手動控制調(diào)光器的輸出功率。與無線通信電路一樣，該電路與外部環(huán)境相連接，極有可能受到靜電放電的沖擊。該電路需要與無線通信電路相同的保護(hù)元件。再次選擇二極管陣列或聚合物ESD保護(hù)裝置。

圖4顯示了智能插座中的電路塊以及提供保護(hù)和有效控制的推薦組件。與智能調(diào)光開關(guān)一樣，智能插座具有交流輸入模塊、AC-DC轉(zhuǎn)換電源模塊、無線通信電路和手動開關(guān)控制電路。

交流輸入和保護(hù)電路連接到交流電源線，并且像調(diào)光器開關(guān)的交流輸入保護(hù)塊一樣，會受到大的過電流沖擊和高過電壓瞬態(tài)的影響，這些都會在電源線上感應(yīng)和傳播。因此，智能插座電路的交流輸入需要一個保險絲、一個MOV和一個TVS二極管，其特性與燈光調(diào)光器輸入電路的推薦特性相同。

考慮到智能插座的空間和效率，建議使用開關(guān)電源來產(chǎn)生控制電路所需的直流電壓。我們建議使用高頻設(shè)計最大限度地提高效率?？紤]在電路中使用肖特基整流二極管。這些器件通常在0.5伏的工作頻率下工作，可以節(jié)省高電壓降。

與智能調(diào)光開關(guān)一樣，無線通信和本地開/關(guān)開關(guān)電路暴露在外部環(huán)境中，并受到靜電放電的影響。用TVS二極管陣列或聚合物ESD抑制器保護(hù)這些電路不受ESD的影響。

自20世紀(jì)70年代以來，GFCI插座一直用于保護(hù)個人免受潮濕環(huán)境的影響。自2014年和2015年以來，《國家電氣規(guī)范》和《加拿大電氣規(guī)范》分別要求AFCI在新建住宅設(shè)施和住宅時使用。當(dāng)帶電線路上傳輸?shù)呢?fù)載電流不返回中性線時，GFCI會感應(yīng)到。

如果電流不平衡超過預(yù)先確定的跳閘水平，GFCI會切斷電源插座的電源，以防止觸電危險。AFCI檢測到電弧情況并切斷電源插座以防止火災(zāi)。圖5顯示了GFCI、AFCI和帶USB充電端口的電源插座的建議保護(hù)和控制組件。

圖6顯示了GFCI和AFCI中的電路塊。GFCI具有電流不平衡檢測電路，而AFCI具有電弧檢測電路。與智能調(diào)光器和智能插座一樣，這兩個設(shè)備連接到交流電源線，需要過電流和瞬態(tài)電壓保護(hù)。

這些設(shè)備中的每一個都需要一個電路來控制可以中斷出口電源的繼電器。這是點火電路。我們建議您考慮使用可控硅來控制機(jī)電繼電器。有了可控硅，你可以設(shè)計一個簡單的控制電路，既高效又緊湊。SCR是一個堅固的組件，可以承受高達(dá)100A的大電流浪涌，并且可以支持超過600V的電壓。如果繼電器線圈的功率消耗很低，那么您可以使用表面安裝版本的組件。

USB插座為使用USB電纜的便攜式設(shè)備供電或重新充電提供了便利。用戶不需要USB電源適配器塊，因為插座提供直流充電電流。USB插座需要與交流電源線接口的其他智能設(shè)備一樣的熔斷和瞬態(tài)電壓保護(hù)。圖7顯示了帶有USB充電端口的USB電源插座的框圖。

USB插座中的開關(guān)電路為插座提供直流輸出。通過使用低正向電壓肖特基二極管和高頻開關(guān)設(shè)計，可以最大限度地提高電路的效率。此外，考慮使用功率MOSFET和集成柵極驅(qū)動器來進(jìn)一步提高DC功率控制電路的效率。

由于每個智能插座都與交流電源線相連，因此它們必須符合保險商實驗室（UL）和國際電工委員會（IEC）頒布的適用國家和國際安全標(biāo)準(zhǔn)。適用于各種智能插座的標(biāo)準(zhǔn)如圖8所示，如表1所示。

表1。電源插座適用的國家和國際標(biāo)準(zhǔn)和合規(guī)性清單

我們建議將這些標(biāo)準(zhǔn)的要求包括在產(chǎn)品定義中，以便在設(shè)計項目期間經(jīng)濟(jì)有效地設(shè)計保護(hù)組件。選擇UL認(rèn)可的交流電源線路徑中的保護(hù)組件。基于標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計和測試結(jié)合使用UL認(rèn)可的組件，既減少了認(rèn)證時間，又避免了認(rèn)證失敗。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步融入了新產(chǎn)品中，如智能插座，使家庭更安全、更環(huán)保、更方便。為了確保這些智能產(chǎn)品的成功采用，它們需要健壯、可靠和安全。設(shè)計人員可以通過確保他們的設(shè)計具有過流保護(hù)、過電壓保護(hù)和低功耗控制組件來確保產(chǎn)品的健壯和安全。

設(shè)計師還可以利用這些元件制造商的應(yīng)用專業(yè)知識，例如Littelfuse，他們可以幫助設(shè)計師推薦電路配置、安全標(biāo)準(zhǔn)知識和元件選擇，從而節(jié)省大量的時間和精力。您的努力將使產(chǎn)品獲得可靠性、安全性和收入增長的聲譽。