智能家居控制器電源解決方案探討

　　摘 要：隨著(zhù)人們生活水平的提高，對住房的安全性能、智能化、舒適化、美觀(guān)化、娛樂(lè )化提出了新的需求，智能家居的出現正好滿(mǎn)足人們的這些要求。智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線(xiàn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、智能家居-系統設計方案安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務(wù)的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現環(huán)保節能的居住環(huán)境。其中供電系統是這一切智能設備的心臟，是各個(gè)控制系統正常運行的保障。

　　一、引言

　　圖一是為某一智能家居結構示意圖，從圖中可以清晰的看到，智能家居由以下幾個(gè)方面構成：燈光、插座控制系統;背景音樂(lè )系統;電動(dòng)窗簾、電動(dòng)門(mén)窗等;影音系統;安防系統;綜合布線(xiàn)系統等。由于城市住房的緊湊性，因而這些系統的控制器有一個(gè)共性要求—小體積，體積大小一般類(lèi)似為家庭常見(jiàn)的插排，因此要求系統的控制器供電電源也是小體積，才能符合控制器空間的布板要求。且小巧美觀(guān)的控制器和控制面板更便于實(shí)現家居裝飾的美觀(guān)和舒適。

　　圖一 智能家居結構示意圖

　　二、方案對比

　　對于控制器電路的電源設計，在傳統的設計方案中，工程師見(jiàn)到最多的方案一般有兩種：RC阻容式降壓和工頻變壓器降壓，結合圖二和圖三來(lái)分析兩種方案的特點(diǎn)。

　　圖二為RC阻容式降壓電路在控制板上的應用圖，從圖中可以看出，電源主要為主控電路、信號隔離和顯示電路供電。電源方案為在輸入端口處添加浪涌防護電路，確保電源電路工作的可靠性和穩定性;接著(zhù)是RC阻容式降壓電路進(jìn)行電壓的轉換，最后經(jīng)過(guò)LDO穩壓芯片輸出一個(gè)穩定的工作電壓滿(mǎn)足MCU和信號隔離的供電電源。而在電源的輸出端口，設置的輸出過(guò)流檢測電路，在電源工作異常的情況下對后端負載進(jìn)行保護。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于電路成本低，電源電路占板面積小，非常符合智能家居對小體積、低成本的要求。但是不足的地方在于電源的轉換效率低，輸入電壓波動(dòng)范圍小，負載值容易受影響，電路調試相對比較復雜，最大的一點(diǎn)就是產(chǎn)品的輸入端與輸出端不隔離，容易造成觸電，有可能危害人身的安全。

　　圖二 阻容式電源解決方案

　　圖三為變壓器降壓方案，輸入端和輸出端電路和RC阻容式降壓方案一樣，都需要對電壓和后端負載做一定的保護，區別就是功率轉換為變壓器傳輸，由于輸入電壓為市電，市電的交流頻率為50HZ，因此變壓器的體積相對來(lái)說(shuō)會(huì )很大，輸入能量經(jīng)過(guò)變壓器傳輸降壓后，通過(guò)整流濾波電路和LDO穩壓，最終輸出穩定的負載所需的供電電壓。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于電源電路很好調試，電路結構也很簡(jiǎn)單，高壓和低壓部分經(jīng)過(guò)變壓器隔離，提高了安全等級，價(jià)格成本相對來(lái)說(shuō)也比較低。但是輸入電壓的范圍受限，最大的缺點(diǎn)就是體積太大，轉換效率地，不滿(mǎn)足智能家居控制器對小體積、節能環(huán)保的要求。

　　圖三 變壓器電源解決方案

　　圖四中采用了開(kāi)關(guān)電源的方案替代RC阻容式降壓和變壓器的方案，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源本身參數的設計，實(shí)現穩壓輸出，且附帶過(guò)流、短路等保護功能，從而實(shí)現外圍電路簡(jiǎn)單，高效率、保護功能齊全的特點(diǎn)。由于開(kāi)關(guān)電源采用高頻控制的方式，內部變壓器可以設計得很小，使得整個(gè)開(kāi)關(guān)電源小型化，最終彌補了上述兩種方案的缺點(diǎn)。

　　圖四 開(kāi)關(guān)電源解決方案

　　三、一款應用于智能家居的典型開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品

　　LS 系列--是金升陽(yáng)為客戶(hù)提供的小型封裝形式的高效綠色模塊電源，該系列電源采用包封工藝，具有交直流兩用、輸入電壓范圍寬、高效率、高可靠性、低功耗、安全隔離等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛適用于智能家居、電力儀表、工業(yè)、辦公、民用等設備中。

　　圖五 產(chǎn)品實(shí)物圖

　　產(chǎn)品特點(diǎn)：

　　● 超寬輸入電壓:100～400VDC(85～264VAC)

　　● 輸出短路和過(guò)流保護

　　● 高效率、高功率密度

　　● 低功耗、綠色環(huán)保

　　● 超小體積

　　● 滿(mǎn)足UL/CE安規認證

　　基本工作介紹原理：

　　圖五為產(chǎn)品實(shí)物圖，正常工作狀態(tài)下，輸入電壓在輸入端的1和3引腳引入，經(jīng)過(guò)整流濾波后到達功率隔離變壓器，由高壓開(kāi)關(guān)器件和控制器控制能量從功率隔離變壓器的初級傳輸到次級，最后經(jīng)輸出整流濾波電路得到所需的輸出電壓。當產(chǎn)品的輸出后端出現異常導致過(guò)流或短路時(shí)，控制器檢測到電路工作異常，關(guān)斷輸出電壓，且當過(guò)流或短路消失后，輸出電壓自動(dòng)恢復正常。

　　四、開(kāi)關(guān)電源應用于智能窗簾控制器

　　圖六 智能窗簾控制器

　　圖六為小體積開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品在智能窗簾控制器中的應用，系統工作情況如下：

　　輸入端：由于供電端是交流市電220VAC，市電屬于不太穩定的供電電壓，正常情況下都會(huì )有±10%波動(dòng)范圍，而在比較偏遠的地區嚴重的情況下會(huì )達到±30%波動(dòng)的范圍，因此就需要開(kāi)關(guān)電壓要有較寬的輸入電壓范圍，LS03-10B05R2產(chǎn)品的工作電壓范圍是85～264VAC，很好的滿(mǎn)足電網(wǎng)波動(dòng)的范圍，使產(chǎn)品工作不受影響。另一方面，電網(wǎng)都不會(huì )單純的只給一個(gè)設備供電，還會(huì )有其他電子設備，如果接入的是功率很大的設備一起使用該電網(wǎng)，那么大功率設備啟動(dòng)或工作的過(guò)程中就有很大可能導致周?chē)渌O備受到干擾，類(lèi)似于EMC中的快速瞬變脈沖群、浪涌等情況，所以在輸入端都會(huì )建議增加防護電路，保證系統不受外界干擾影響。

　　輸出端：由于LS03-10B05R2產(chǎn)品本身就具備了過(guò)流保護和短路保護功能，因此無(wú)需在輸出端設計保護電路就可以直接給負載電路供電，處理器通過(guò)處理按鍵或無(wú)線(xiàn)接收模塊等輸入信息，然后通過(guò)光耦等信號隔離器件把控制信息傳輸給繼電器組，進(jìn)而控制馬達來(lái)改變窗簾的狀態(tài)。

　　五、小結
　金升陽(yáng)AC-DC模塊電源LS系列產(chǎn)品通過(guò)技術(shù)人員的不懈努力，在超小體積的基礎上滿(mǎn)足了安規設計規范，同時(shí)，在無(wú)浪涌、脈沖群等EMC要求的條件下，LS01-XX/LS03-15BXXSR2只需要按照推薦電路在輸入和輸出端外接一個(gè)濾波電容便可以實(shí)現AC輸入與DC輸入兩用?？梢詽M(mǎn)足電力儀表、智能家居等不同行業(yè)客戶(hù)的應用,為廣大工程師在設計布局上提供了很大的便利。在《今日電子》主辦的電源產(chǎn)品評獎活動(dòng)中，根據在技術(shù)或應用方面取得顯著(zhù)進(jìn)步、創(chuàng )新設計、性?xún)r(jià)比顯著(zhù)提高的原則下，榮獲TOP-10 電源產(chǎn)品獎;同時(shí)為了表彰填補國內技術(shù)空白的貢獻，喜獲自主創(chuàng )新獎。

微功率AC-DC電源

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