芝芯方案｜智能插頭，讓電器更加智能

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近年來，因插頭功率過載而引發(fā)火災(zāi)的情況不在少數(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國近10年發(fā)生的火災(zāi)中，約30%是由劣質(zhì)插頭引起的。此外因插頭外露而導(dǎo)致孩童觸電，引發(fā)生命危險(xiǎn)的事故也頻頻發(fā)生。如何提高使用插頭的安全性呢？這不得不引起大家的思考。

隨著科技的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品智能化在逐步走進(jìn)我們的生活，其中就包含著智能插頭。這些智能產(chǎn)品可以使我們的生活和工作更安全、更舒適、更便捷。同時(shí)，也讓我們更好的享受生活。那么，智能插頭到底如何“智能”？

其實(shí)，智能插頭就是將原有的普通插頭接入到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)之中，在保證原有的功能正常前提之下，使其帶有聯(lián)網(wǎng)的屬性，方便用戶可以遠(yuǎn)程控制智能插頭，從而控制接在智能插頭上的用電設(shè)備，降低引發(fā)危險(xiǎn)的可能性并提高人們的生活質(zhì)量。

智能插頭的內(nèi)部構(gòu)造大致由電源轉(zhuǎn)換、MCU控制、繼電器、無線通信、外圍保護(hù)電路等部分組成，其中無線通信，MCU控制的方案已經(jīng)較為成熟，方案廠家基本上都會(huì)提供一套完整的方案供其開發(fā)。但是在電源供電，繼電器控制和外圍電路保護(hù)等電路都是需要硬件工程師們根據(jù)自己公司和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來自行進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)的。

為此，東芝為了幫助客戶可以快速地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)，將產(chǎn)品快速推出，在電源供電、繼電器控制以及外圍保護(hù)電路方面提供了完整的電路方案參考。

圖1 智能插頭的結(jié)構(gòu)組成

在電源方面，東芝針對(duì)智能插頭的應(yīng)用環(huán)境的不同和內(nèi)部元件所需要的工作電壓不同而推出了小型貼片式LDO穩(wěn)壓器，該LDO穩(wěn)壓器具有九個(gè)系列，包含四種特性，可以輸出多種電壓和電流，不僅可以勝任智能插頭之中的直流電源需求，還可以將快速推進(jìn)產(chǎn)品小型化的進(jìn)程。

圖2 LDO穩(wěn)壓器系列

在繼電器控制方面依據(jù)控制電流的大小不同，東芝提出了四種解決方案，分別為機(jī)械式繼電器的交流開關(guān)電路，光繼電器的交流開關(guān)電路（小于0.3A），光伏輸出光耦和MOSFET的交流開關(guān)電路（約0.3A至1A）與雙向可控硅和雙向可控硅輸出光電耦合器的交流開關(guān)電路（1A或以上）。常用的為機(jī)械式繼電器交流開關(guān)電路。

大家都知道，繼電器控制的話是需要電流驅(qū)動(dòng)的，因?yàn)槠胀?a target="_blank">控制器輸出的電流一般是不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器，同時(shí)，繼電器內(nèi)部構(gòu)造一般都是由線圈，銜鐵與金屬觸點(diǎn)等構(gòu)成，在驅(qū)動(dòng)其工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如果不用續(xù)流二極管加以保護(hù)，很容易損壞控制電路，造成不可挽回的損失。東芝在此方案的驅(qū)動(dòng)繼電器與電路保護(hù)方面可謂是做足了功課。在驅(qū)動(dòng)方面推薦采用小信號(hào)N溝道MOSEFT實(shí)現(xiàn)繼電器的驅(qū)動(dòng)。這里東芝推薦使用SSM3K36FS或SSM3K56FS。該MOSEFT封裝都采用SOT-416封裝，Vdss最大支持20V，導(dǎo)通電流分別為0.5A與0.8A。功率耗散均為0.15W，在4.5V時(shí)，RDS(ON)最大值分別為0.66Ω和0.235Ω。在電路保護(hù)方面，東芝推薦使用CRS系列肖特基二極管CRS03與CRS13，兩種二極管均采用較小的S-FLAT，有助于縮小PCB占板面積。CRS03的反向峰值電壓最大為30V，適合應(yīng)用在30V以下的電路之中，CRS13的反向峰值電壓最大為60V，適合應(yīng)用在60V以下的電路之中。二者最大正向平均電流均可以達(dá)到1A，可以很好的解決繼電器的自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)損壞電路的問題。

圖3 機(jī)械式繼電器交流開關(guān)電路

在小電流交流開關(guān)電路方面，東芝也有方案供其參考。在控制交流小于0.3A的用電設(shè)備時(shí)，可以采用東芝自研的光繼電器TLP3549，其采用DIP8封裝，具有良好的散熱條件，同時(shí)具有最大0.6A的導(dǎo)通電流，控制電流最大為25mA，隔離電壓為2500V，可以較好的保護(hù)后級(jí)電路不受強(qiáng)電損壞。

圖4 光繼電器交流開關(guān)電路

在控制0.3A-1A的交流用電器時(shí)，可以參考東芝推出的光耦與MOS組合實(shí)現(xiàn)的交流控制電路。這里東芝推薦采用TLP系列光耦TLP3906與TLP3910。TLP3906采用SO6封裝，TLP3910采用SO6L封裝，均可以減少PCB尺寸，同時(shí)，其控制電流最大均為30mA，功耗卻低至12μA。在隔離方面，TLP3906的隔離電壓最大可以達(dá)到3750V，爬電距離最小可以達(dá)到5mm，而TLP3910的隔離電壓最大可以達(dá)到5000V，爬電距離最小達(dá)到8mm。

圖5 光伏輸出光耦和MOSFET的交流開關(guān)電路

在1A以上電流的控制時(shí)，可以采用東芝雙向可控硅輸出光耦實(shí)現(xiàn)的交流開關(guān)電路控制。雙向可控硅輸出光耦可采用TLP265J、TLP266J、TLP267J和TLP268J，這四種可控硅輸出光耦均采用4pin的SO6封裝，在降低PCB大小的同時(shí)，還支持引腳兼容。其VDRM均為600V，TLP265J與TLP266J的最大IFT為10mA，TLP267J和TLP268J的最大IFT為10mA，IT(RMS)均為70mA，同時(shí)隔離電壓均為3750V。

圖6 雙向可控硅輸出光耦的交流開關(guān)電路

在電路保護(hù)方面，由于智能插頭需要被人們所接觸，難免會(huì)遇到靜電方面的影響，東芝在電路保護(hù)這方面考慮的十分周到，并為客戶提供了多種參數(shù)的TVS二極管來實(shí)現(xiàn)不同電路的保護(hù)方案供其參考。

這里東芝主要推薦采用DF2B系列TVS二極管，具體型號(hào)為：DF2B7ASL、DF2B5M4SL、DF2B6M4SL與DF2B6M4BSL。該系列二極管具有SOD-962小型封裝，具有四種ESD電壓防護(hù)等級(jí)，以及3.6V與5.5V兩種反向工作峰值電壓。最小結(jié)電容僅為0.2pF，可以減少對(duì)保護(hù)電路的信號(hào)傳輸影響。

圖7 外圍保護(hù)電路

東芝半導(dǎo)體在電路方案的研究與半導(dǎo)體產(chǎn)品的研發(fā)都具有十分豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。推出的方案都極具參考價(jià)值并且可以快速幫助客戶進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，為客戶排憂解難并助力客戶快速的將產(chǎn)品推出，占領(lǐng)市場(chǎng)先機(jī)。

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