Meminimalkan daya siaga perangkat

Dengan IoT, konektivitas menjadi semakin penting karena memungkinkan pemeliharaan komunikasi yang tepat dan, sebagai Hasilnya, konsumsi standby berubah menjadi tantangan nyata.

Smartphone dan peralatan rumah tangga adalah salah satu aplikasi yang telah berkembang dalam beberapa tahun terakhir. Salah satu tantangan yang signifikan adalah untuk mengoptimalkan konsumsi energi karena semakin banyak perangkat memasuki pasar. Dengan IoT, konektivitas menjadi semakin penting karena memungkinkan pemeliharaan komunikasi yang tepat dan, akibatnya, konsumsi daya perangkat standby berubah menjadi tantangan nyata. Power Integrations telah mengumumkan LinkSwitch-TNZ, rangkaian IC catu daya switching baru yang mengurangi konsumsi siaga dalam aplikasi dan peralatan rumah pintar untuk mengatasi beberapa tantangan ini.

Dalam sebuah wawancara dengan Power Electronics News, Adnaan Lokhandwala – Manajer Pemasaran Produk Senior di Power Integrations, menunjukkan bahwa saat ini, banyak perangkat beroperasi dalam mode siaga dan, untuk memenuhi berbagai persyaratan peraturan, solusi baru yang menggabungkan konversi daya offline, deteksi zero-cross lossless dan, secara opsional, fungsi pelepasan kapasitor X diperlukan.

“Produk rumah pintar yang khas termasuk sakelar dan berbagai colokan yang terus terhubung ke saluran. Dan, tentu saja, mereka juga terus berkomunikasi dengan smartphone. Jadi konsumsi daya siaga adalah salah satu tantangan utama dengan produk ini. Studi menunjukkan bahwa sejumlah perangkat terus-menerus menunggu daya, terhitung 10% dari penggunaan energi rumah tangga, dan 80 hingga 90% dari waktu mereka dalam mode siaga di siang hari tanpa melakukan fungsi apa pun. Misalnya, detektor asap harus dihubungkan ke saluran AC dengan peraturan, tetapi siklus kerja untuk detektor asap itu dangkal. Perangkat pintar juga harus memenuhi peraturan daerah tertentu dalam hal konsumsi energi, termasuk konsumsi siaga. Jadi, misalnya, Eropa memiliki EC 1275, yang membatasi konsumsi maksimum untuk peralatan yang dijual di Eropa hingga 500 miliwatt saat dimatikan atau dalam mode siaga,” kata Lokhandwala.

Gambar 1:Keluarga LinkSwitch-TNZ:Konversi Daya Menambahkan Deteksi Silang Nol dan Pelepasan Kapasitor X (Sumber:Integrasi Daya)

Beralih Solusi

Kita perlu menyadari keterbatasan siaga, dan pengurangan kerugian untuk meningkatkan efisiensi harus menjadi mantra untuk setiap proses desain baru.Dua fungsi utama yang sangat umum digunakan dalam aplikasi rumah dan alat Smart ini adalah sirkuit penyeberangan nol AC diskrit dan x -pengosongan kapasitor “AC-zero crossing digunakan di beberapa aplikasi untuk mengontrol daya yang mengalir ke beban secara efisien seperti lampu LED. Sayangnya, pendekatan yang digunakan saat ini sangat lossy; itu adalah sirkuit diskrit yang sangat standar. Fungsi lainnya adalah untuk memenuhi persyaratan keselamatan dengan banyak peralatan ini. Dan hari ini, fungsi itu terutama dilakukan dengan menggunakan resistor di kapasitor tersebut (resistor berdarah). Sekarang, ketika Anda berbicara tentang beban penuh, kedua fungsi ini mungkin tidak terlalu signifikan dalam hal kerugian. Tetapi ketika Anda berbicara tentang standby, ini bisa menjadi faktor yang signifikan untuk anggaran daya standby yang dimiliki para insinyur ketika mereka merancang produk ini,” kata Lokhandwala.

LinkSwitch-TNZ bertujuan untuk menambahkan kemampuan untuk menggabungkan sinyal zero crossing lossless dan pelepasan kapasitor x dengan switcher yang sama. “Implementasinya adalah konverter belakang non-isolasi yang sangat sederhana. Keindahan dari pendekatan ini adalah Anda dapat memperoleh tegangan keluaran utama yang diperlukan, dengan pendekatan yang tidak terisolasi. Banyak aplikasi saat ini – bahkan di rumah pintar – tidak memerlukan catu daya terisolasi, karena tidak ada kontak langsung dengan manusia, dan isolasi sebenarnya berasal dari casing. Jadi, jika Anda memikirkan sakelar dinding pintar, sakelar itu tidak memerlukan catu daya untuk diisolasi. Tentu saja ini juga memungkinkan Anda untuk menghindari penggunaan trafo khusus,” kata Lokhandwala.

Perangkat seperti sakelar, dimmer, sensor, dan colokan menghubungkan dan memutuskan saluran AC secara berkala menggunakan relai atau TRIAC. “Salah satu tantangan saat Anda menghubungkan relai adalah sinkronisasi yang benar dalam menghidupkan dan mematikan – transisi dalam semua ini sangat penting. Dan kemudian, tentu saja, memiliki driver relai untuk memberikan daya yang benar,” kata Lokhandwala.

Sirkuit diskrit biasanya digunakan untuk mendeteksi titik persilangan nol dari saluran AC untuk mengontrol transisi penyalaan perangkat daya utama untuk mengurangi rugi-rugi pensaklaran dan arus masuk. BOM dari pendekatan ini jelas tidak ekonomis.

“Apa yang terjadi adalah, pada saat relai dinyalakan, ada arus masuk yang besar yang bisa sangat tinggi. Hal yang sama berlaku dalam proses mematikan, dan kedua kasus dapat berdampak pada masa pakai relai -dan tentu saja, dalam hal ini, masa pakai produk juga,” kata Lokhandwala.

Integrasi Daya mengklaim bahwa dengan mengintegrasikan deteksi kebocoran AC zero-cross pada chip, IC LinkSwitch-TNZ memberikan efisiensi beban ringan yang sangat baik, memungkinkan beberapa fungsi sistem untuk diberi daya sambil tetap memenuhi peraturan siaga yang ketat, seperti standar Komisi Eropa (EC). untuk peralatan rumah tangga (1275) yang membutuhkan peralatan untuk mengkonsumsi tidak lebih dari 0. 5W dalam mode siaga atau mati. Secara opsional, fungsi pelepasan kapasitor X juga dapat disertakan dalam paket untuk aplikasi daya tinggi.

Gambar 2:Deteksi zero-cross memberikan sinyal logika ketika VAC melewati 0 V. Sinyal digunakan untuk menyinkronkan penyalaan catu daya melalui relai atau TRIAC. Dengan beralih pada VAC =0 arus masuk berkurang secara dramatis (Sumber:Integrasi Daya)

Gambar 3:Deteksi Zero-Cross Secara Dramatis Mengurangi Arus In-Rush di Aplikasi Relay-Switched (Sumber:Integrasi Daya)

“Biasanya, x-kapasitor digunakan untuk desain daya yang lebih tinggi. kapasitor x biasanya adalah kapasitor filter yang terhubung langsung melintasi saluran AC untuk alasan EMI dan RFI, meminimalkan kebisingan itu. Jadi, ketika level daya semakin tinggi, kapasitor x itu menjadi lebih besar dan dampak resistor pemeras jauh lebih tinggi. Biasanya, fungsi pelepasan kapasitor lebih relevan pada peralatan,” kata Lokhandwala.

Diagram blok pada gambar 3 menunjukkan sakelar mekanis tradisional di rumah, yang sekarang digantikan oleh perangkat yang lebih cerdas. Ini memiliki kabel yang terhubung ke input dan output…pada dasarnya, tidak ada kabel netral yang terhubung ke sistem.

Gambar 4:Mendukung Smart Switch Tanpa Netral (Sumber:Integrasi Daya)

Gambar 5:Mengurangi Daya Siaga pada Peralatan Rumah Tangga dengan Pelepasan Kapasitor X Aktif (Sumber:Integrasi Daya)

“Secara historis itu tidak menjadi masalah dengan sakelar mekanis karena Anda tidak memerlukan kabel netral, karena mereka tidak memiliki elektronik. Namun sekarang, saat Anda membuat produk pintar ini, Anda menempatkan fungsionalitas di dalamnya, yang berarti Anda memerlukan sumber energi yang konstan untuk memberi daya pada perangkat elektronik ini. Jadi, di perangkat pintar biasa, Anda akan memiliki driver relai, catu daya AC DC, dan sirkuit diskrit nol-crossing yang biasa digunakan untuk memastikan bahwa penundaan menyala pada waktu yang tepat. Dan Anda akan memiliki konektivitas nirkabel dan beberapa sensor. Ioff adalah arus bocor saat beban mati, karena rele menggunakan jalur arus lain dengan harapan dapat menghantarkan saat dalam keadaan siaga. Untuk memastikan bahwa arus ini dijaga sangat rendah, Anda harus mengoptimalkan sistem sehingga arus mati ini tetap rendah; jika arusnya tinggi, akibatnya bohlam LED, misalnya, menyala. Arus ini dapat datang dan mengisi kapasitor input. Dan, sebagai hasilnya, pada dasarnya akan menyalakan dan mematikan lampu, yang merupakan sesuatu yang tidak Anda inginkan. Efek ini disebut LED 'berkedip' atau ghosting. Jadi dengan produk baru, kita bisa menghilangkan kebutuhan akan kabel netral. Dan ini sangat umum dengan aplikasi rumah dan retrofit karena, sekali lagi, sebagian besar rumah di Amerika Utara dan Eropa dan Asia tidak pernah benar-benar disambungkan dengan kabel netral. Jadi, sekarang Anda harus merancang sistem cerdas yang dapat bekerja dengan dua kabel atau tanpa kabel netral. Dan yang kami lakukan adalah membuat desain referensi lengkap, yang dalam hal ini adalah desain referensi untuk sakelar peredup cerdas berdasarkan modul BLE Nordic,” kata Lokhandwala.

IC catu daya mode sakelar LinkSwitch-TNZ memungkinkan pengaturan ±3% pada saluran dan beban, memiliki konsumsi tanpa beban kurang dari 30 mW dengan bias eksternal, dan memiliki arus siaga kurang dari 100 A.

>> Artikel ini awalnya diterbitkan di situs saudara kami, Power Berita Elektronik.