הקדמה: התפקיד הקריטי של ה- AC-to-DC Conversion ב-IoT

האינטרנט של דברים (IoT) מוטבע במערך עצום של מכשירים, מתרמוסטנטים חכמים וחיישנים תעשייתיים כדי לפקחי בריאות לבישים תאורה חכמה.רבים מהמכשירים האלה פועלים בסביבות שבו מקור כוח DC ישיר אינו זמין, המחייב אותם לצייר כוח מקווי ה-IoT העיקריים, אשר מספקים אופטימיזציה של כוח נמוך ל- AC-DCer עבור יישומים כאלה הוא לא רק תרגיל הנדסי; הוא אמצעי בקרה מינימלית, בניגוד לאפקטים נמוכים מאוד, אפילו לא פחות, אלא גם כן, אלא גם תכונות תחזוקה, באופן ספציפי של כוח אדם, באופן ספציפי של מערכת אבטחה, ואפקטים, כמו גם באיכות גבוהה של מערכת אבטחה, באופן ספציפי של מערכת אבטחה, כמו גם באיכות גבוהה של מערכת אבטחה, כמו גם באיכות גבוהה של ציוד אבטחה, באופן ספציפי, כלומר, כלומר, כלומר, עיצוב של מערכת אבטחה נמוכה יותר, באופן ספציפי, באופן ספציפי, באופן ספציפי, באופן ספציפי, כלומר, על בסיס קבוע, על בסיס קבוע, על בסיס קבוע, על בסיס קבוע, על בסיס יעיל של מערכת אבטחה נמוכה של מערכת אבטחה, באופן ספציפי, על בסיס יעילות של מערכת אבטחה נמוכה של מערכת אבטחה, כמו גם על בסיס של מערכת אבטחה, כלומר, על בסיס קבוע, על בסיס קבוע, על בסיס קבוע, עיצוב של מערכת אבטחה, כלומר, עיצוב של מערכת אבטחה

הבנת הדרישות הייחודיות של קידוד AC-to-DC

ממירים AC-to-DC מסורתיים נועדו להתמודד עם עשרות או מאות וואט, שבו כמה נקודות אחוז של אובדן יעילות מתקבלים על הדעת בשל קירור פעיל ורכיבים גדולים יותר. לעומת זאת, ממירי IoT פועלים לעתים קרובות בטווח תת-אט, שבו כל מילימטרים.

  • (FLT:0)Standby Power Contion: FLT:1 רוב מכשירי IoT מבלים את רוב הזמן שלהם במצבי שינה בעוצמה נמוכה, לצייר רק מיקרו-אמפים.המיר חייב לשמור על יעילות גבוהה על פני טווח עומס רחב, במיוחד בעומסי אור קיצוניים.
  • (FLT:0) Physical Constraint:FLT:1rea מכשירים מתכווץ ברציפות, ודורש כי אספקת החשמל מתאימה לטביעה קטנה יותר אי פעם, לעתים קרובות לצד מעגלים אנלוגיים ורדיו רגישים.
  • (FLT:0) אלקטרורומגנטי הבין-ההיקף (EMI): veFLT:1) מהמרים שפועלים בתדרים מתקדמים יכולים ליצור EMI משבש תקשורת אלחוטית, דאגה קריטית ל-Wi-Fi, Bluetooth ו- Zigbee מודולים.
  • (FLT:0) אחריות וחיים: FLT:1 מכשירים רבים של IoT הם מוצבים במקומות קשים לסח, כך הממיר חייב להיות תוחלת חיים מבצעית ארוכה, לעתים קרובות מעל עשר שנים, עם ירידה מינימלית של רכיב.

הבנת המגבלות הללו היא הבסיס שעליו נבנו כל החלטות העיצוב.

שיקולים עיצוביים

לפני בחירת טופולוגיה או רכיב, מעצב חייב להעריך כמה פרמטרים הקשורים. שיקולים אלה מגדירים את אדריכלות המריור ואת המאפיינים הסופיים שלה ביצועים.

יעילות מעבר לעומס

יעילות שיא בעומס מלא היא לעתים קרובות פחות חשובה מאשר יעילות בנקודת התפעול האופיינית של המכשיר.חיישנים רבים של IoT מבלים 99% מהזמן שלהם במצב השינה, כך יעילות העומס של הממיר הנוכחית והאור הופכת למדדים הקריטיים ביותר.שימוש בקרים עם אפקט פוצץ או ניתוח מדלג יכול להפחית באופן דרמטי את החלפתם במהלך תקופות של idle.

גודל ושטח מועצת המנהלים

(ממזער את נפח הפיזי של הממיר פירושו לבחור פעולה גבוהה קידוד כדי להפחית את גודל של רכיבים מגנטיים ו capacitors. Switching תדרים של 100 kHz או גבוה יותר הם נפוצים.עם זאת, תדרים גבוהים יותר להגדיל את אובדן המעבר ו- EMI, הדורשים התנגשויות מסחר זהירים. . . . . . Integrated Powerמודולים כוח משולב, כגון FLT:0Analog מכשירים LTM80FLT 1, משלבים בקר אחד, ולהפחית את המורכבות של כוח אחד, שינוי משמעותי של שטח, ולהגדיל את גודלוריד, שינוי גודלוריד, שינוי גודלו של שטח, שינוי גודלו של שטח אחסון, שינוי גודלו של גודלוריד, שינוי גודלו של גודלו של גודלו של גודלו של גודלורידציה, שינוי גודלו של גודלו של גודלו של גודלו של גודלו של גודלו של גודלו של כוח אחד, שינוי משמעותי, שינוי משמעותי של תחנת כוח אחד, כגון:0Av.

המונחים: input Voltage Range and Tolerance

ממירים של IoT בעלי כוח נמוך חייבים לעבוד לעתים קרובות עם מגוון רחב של קלטות AC (בדרך כלל 85 VAC ל 265 VAC עבור תאימות גלובלית) הממיר חייב להיות חזק מספיק כדי להתמודד עם גלידות, סגים, וריאציות מתח ללא נזק או חוסר יציבות. עיצוב קלט אוניברסלי הוא סטנדרטי, אבל הלחץ בקו גבוה דורש שינוי זהיר, במיוחד עבור ה-FET ו-FET.

דרישות בידוד

בידוד גאלובן בין ראשי AC לבין התפוקה DC נמוך כמעט תמיד נדרש עבור בטיחות משתמשים (למשל, עבור מכשירים עם חלקי מתכת חשופים) בידוד גם עוזר לשבור לולאות קרקע שיכול לגרום הפיכה רעש.עבור רמות כוח מתחת 5 W, מתגי עף למטה העליון כי הם מספקים בידוד עם זוג יחיד inductor (transformer).

עלויות Constraints

מכשירים צרכניים IoT רגישים מאוד.כל רכיב חייב להיות מוצדק.שימוש בקרים משולבים המשלבים את מתג הכוח, oscillator קבוע, תכונות הגנה יכול להפחית את הצעת החוק של חומרים (BOM), עם זאת, עבור מוצרים אולטרה-גבוהים נפח, עיצוב דיסקרטי עשוי להיות זול יותר. מעצבים צריכים להעריך עלויות מערכת הכוללות, כולל כל רכיבי חיצוני כגון צינורות או מסננים EMI.

התנצלות על Low-Power AC-to-DC Converters

מספר מעגלים להתנצלות מתאימים להמרות AC-to-DC באפליקציות IoT. לכל אחד יש יתרונות נפרדים והטבות מסחר.

ממיר עף (The Workhorse of Low-Power Isolation)

(הטופולוגיה השוטפת היא הבחירה הפופולרית ביותר עבור ממירים לא מקוון מבודד מתחת 10 W.It משתמשת מתג יחיד (בדרך כלל a MOSFET) ו a Coupled inductor (transformer) המאחסן אנרגיה כאשר מתג הוא על ושחרר אותו לפלט כאשר מתג הוא כבוי.Fouts1 מהפך הוא פשוט יחסית, דורש כמה רכיבים, ויכול להתמודד עם טווח רחב של קלט שלהם הוא צורך כראוי עבור מלחץ פחות לחץ דם (אוב) כדי לא יכול להיות פחות יעיל עבור ממתח יעיל יותר קלף (אורדפסיביים (אובפרק יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר יעיל יותר, אם אתה יכול להיות פחות יעיל יותר, למשל, למשל, אם אתה יכול להיות פחות יעיל יותר קלפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפט

Buck Converter (לא פתור, יעילות גבוהה)

עבור יישומים שאינם מסולקים שבו הפלט מתייחס לקו AC (למשל, בחלק מהמתיקים של אוטומציה ביתית), ממיר קב"ג יכול להציע יעילות גבוהה מאוד (מעל 90%) A buck להמיר את השלבים מטה את מתח AC המחודש ישירות לתפוקה נמוכה יותר DC. מכיוון שאין בידוד, הפלט נשאר מסוכן יחסית לאדמה, כך שהוא מתאים רק להחלפת תאים קלים יותר מאשר למתחים קטנים.

Resonant Converters

דחייה להתנצלות, כגון LLC או סדרה ממיר, להשיג מעבר אפס-וולטר (ZVS) או מעבר זמני אפס (ZCS), כמעט ביטול הפסדים מעבר.זה הופך אותם יעילים מאוד אפילו בתדרים גבוהים. עם זאת, ממירים חוזרים מורכבים לתכנון, דורשים סובלנות רכיב מדויק, והם משמשים בדרך כלל לרמות גבוהות יותר כוח (50+).

Capacitive Dropper (Unregulated, Low-Cost)

טיפות קיבוליבי משתמש קפיטור גבוה מתח AC עם פיזור חשמל מינימלי.זה זול מאוד קומפקטי אבל לא מספק בידוד, לא רגולציה, וסובלים מגורם כוח גרוע. מתח התפוקה משתנה עם מתח קלט עומס הנוכחי.טופולוגיה זו מוגבלת יישומים נוכחיים נמוכים מאוד (למשל, ממסרים קטנים או LED) ואינו מומלץ עבור מעבד רגיש כי צריך רכבת יציבה DC.

בחירה מתאימה לגמישות מקסימלית וליעילות

בחירת הרכיבים הנכונים היא קריטית כמו בחירת הטופולוגיה.במגירים בעלי כוח נמוך, הפסדים טפיליים כי הם רשלנים בסמכויות גבוהות יותר יכולים לשלוט ביעילות הכוללת.

Power Switch (MOSFET)

(ב) יש צורך ב-N-channel MOSFET (בקיצור:0RIRFLT) ב- 1DS(on)IRFLT:2IRLT 3 למזער את ההפסדים, אך גם מטען שער נמוך (FLT:4QFLT:5gFLT:6) כדי להפחית את ההפסד, במיוחד בתדירות גבוהה של מעל למתח של מעל ל- 650 נקודות זכות הפעלה (Rateecter) או להורדת דירוגים משותפים ל-Ratepventures-FLT6 מעלות צלזיוס.

לקט ספרים dides

עבור תיקון משני צד, דיודות שאקי מועדפים לירידה בלחץ נמוך שלהם ולעבור מהר. עבור מתחים מתחת 5 V, אפילו ירידה של 0.3 V של שטאקי יכול לייצג עונש יעילות משמעותי.במקרים כאלה, תיקון סינכרוני באמצעות מעבור נמוך-voltage יכול להגביר את היעילות על ידי 3-5%, אבל מוסיף מורכבות ועלות עבור כוח נמוך מאוד (belowerderd) יכול להיות רק מעגל אחד נמוך יותר.

אלקטרוליטי לעומת Ceramic Capacitors

בולק קפצומחים על קו AC המוחזר (לאחר מארגן הגשר) באופן מסורתי להשתמש באלומיניום אלקטרוליטיקאי קפצופיות בשל קצב הקיבולת הגבוהה שלהם ודירוג המתח שלהם.עם זאת, אלקטרוליטיקה יש ESR גבוה, חיים מוגבלים, וביצועים גבוהים עניים גבוה יותר. עבור מכשירים IoT כי חייב לפעול במשך שנים רבות, capacitors סרטים או כפרים קרמיקה (אבטחת X2 עבור) הם לעתים קרובות מועדפים לתגובה נמוכה של קרמיקה כדי להפחית את הפחתת קרמיקה.

עיצוב רובוט (For Flyback)

ה-Fastback Transformer הוא לעתים קרובות עיצוב מותאם אישית. פרמטרים מרכזיים כוללים אינדוקציה ראשונית, יחסי תפנית וחומר ליבה. a ductance קטן יותר מאפשר העברת כוח גבוהה יותר, אך מגביר את ההפסדים הנוכחיים והליבתיים. עבור יישומי IoT, ליבת ferrite עם נחיתות גבוהה (למשל, 3C90 או N97 חומר) הוא טיפוסי.המתנית צריכה להיות מספיק חימר ונקיה כדי לעמוד בפני תקנים סטנדרטיים רבים.

טיפים עיצוב עבור מכשירים IoT

מעבר לתכנון המרת הגנרי, יישומי IoT כופים דרישות נוספות שיש לטפל בהן בשלבים המוקדמים ביותר.

Ultra-Lowby Power

התקנים רבים של IoT חייבים לציית לסטנדרטים אנרגיה כמו Energy Star או EU ErP הוראות, הדורשות צריכת חשמל עמידה מתחת 100 mW או אפילו 30 mW כדי להשיג זאת, הממיר חייב להיכנס למצב שינה עמוק אשר מרתיע את רוב הפעילות. חלק מהבקרים כוללים "פעולת גירוד" שבו הם דופקים באופן בלתי צפוי כדי לשמור על הפלט טעון, רק כמה מיקרו-מפוסים באמצעות קיבולת גבוהה של 10.

מיני תרופות

אינטגריטי אינדוקציה ו- capacitance בפריסה PCB יכול לגרום לצלצול, מוגבר EMI, והפסד יעילות. לשמור את הלולאה הנוכחית גבוהה בין capacitor קלט, להפוך ראשוני, ו-MoaFET קצר ככל האפשר. השתמש מטוס קרקע ייעודי עבור הצד הנמוך-המתח ומזג נחושת נפרדת בצד הגדל, עם נקודה אחת של חיבור דרך Ycap-I למזערי של שימוש קריטי.

אינטגרציה ניהולית

במידת האפשר, לשלב את ה- AC-to-DC המרגר עם מטהר מתח או אפילו מעגל טעינה סוללה.לדוגמה, ממיר זבוב המפלט 12 V יכול להאכיל ממיר ק"ג לייצר 3.3 V עבור MCU, בעוד הרגולטור ליניארי או LDO מספק מתג אולטרה-נקי 1.8 V עבור סעיף RF. זה יכול לשמור על יעילות טובה אם כל שלב הוא אופטימיזציה, 000 ישירות, אבל יכול להפוך את V-rerererererererereativeer.

ניהול עשיר ב-Aclosures

מכשירים IoT לעתים קרובות אין זרימת אוויר מאולץ, ולכן פירוק חום מבוסס על קונפדרציה טבעית והתנהלות דרך PCB.הממיר צריך להיות ממוקם הרחק מרכיבים רגישים טמפרטורה כמו oscillator קריסטל ומגבר RF.שימוש כריכים נחושת גדולים יותר על PCB כמו כיור חום עבור MOSFET ו diode יכול להפחית צומת. סימולציה תרמית ב טמפרטורות הגרוע ביותר סגסוגת שלילי עבור הטמפרטורות הגרועות 85 מעלות צלזיוס.

EMI ו-WiFial Coקיום

מודולים אלחוטיים (Wi-Fi, BLE, Zigbee) פועלים בלהקות שניתן לזהות על ידי מעבר הרמוניות מן הממירהרץ. השתמש ב- ⁇ -filter (capacitor-inductor-capacitor) על קו קלט וחנק על רמות ההחלפה יש לבחור כדי למנוע מספריים של מתכת שלה ליפול לתוך רצועת התקשורת.

דוגמה מעשית: A 3.3 V Isolated Flyback Converter עבור חיישן חכם

כדי להמחיש עקרונות אלה, לשקול חיישן טמפרטורה חכם טיפוסי הדורש תפוקה של 3.3 V DC עד 500 mA (1.65 W) מ- AC אוניברסלית כוח עמידה המטרה הוא פחות מ 50 mW. הטופולוגיה המשנית היא ממיר קטיפה עם AMP-R>החלץ הראשוני של 1 0.com/nb-Rb-Rb-Rb-R) עם ממוצע של 16.4-R.

מגמות עתידיות וטכנולוגיות מתפתחות

בעוד מכשירים IoT הופכים להיות יותר מודעים לאנרגיה, ארכיטקטורות ממיר חדשות מתעוררות.גליום Nitride (GaN) טרנזיס מציעים הרבה יותר תשלום שער נמוך ופלט מאשר מסיליקוןFET, המאפשרים מעבר בטווח מגה-הרץ תוך שמירה על יעילות גבוהה.זה מאפשר קומפקטי מאוד (קרי או אפילו על שבבים ב-chip בducors).

מסקנה

תכנון של ממירים AC-to-DC עבור מכשירים IoT דורש הבנה מעמיקה של האופן שבו אפשרויות רכיב, בחירת טופולוגיה והתנהגויות תפעוליות אינטראקציה עם המגבלות הייחודיות של גודל, יעילות, עלות והתאמה אלקטרומגנטית.הממיר ה-Fastbacker, במיוחד עם רגולציה ראשונית של IoT ואפקטיפי התפוצצות, נשאר הפתרון המעשי ביותר עבור אספקה מבודדת.