電源管理IC如何支持智能建筑

借助現(xiàn)代控制和自動(dòng)化技術(shù)和技術(shù)，智能建筑可以顯著節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境、改善居住者的健康和安全，并提高生活質(zhì)量。

自動(dòng)化系統(tǒng)允許建筑運(yùn)營(yíng)商通過云遠(yuǎn)程管理大型建筑。他們的軟件平臺(tái)提供實(shí)時(shí)性能監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、可視化、故障檢測(cè)和診斷以及組合能源管理。通過將設(shè)備數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)到云端，可以利用人工智能 （AI） 的進(jìn)步實(shí)時(shí)運(yùn)行分析以確定要采取的行動(dòng)。建筑物中最普遍的自動(dòng)化應(yīng)用是 HVAC（供暖/通風(fēng)/空調(diào)）、照明、監(jiān)控、訪問控制、火災(zāi)探測(cè)和閉路電視 （CCTV） 監(jiān)控系統(tǒng)。

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)包括管理、控制和現(xiàn)場(chǎng)的不同層。管理層從一個(gè)中心位置操作和控制智能建筑，并根據(jù)需要記錄和優(yōu)化數(shù)據(jù)。由于問題是實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，因此可以立即采取行動(dòng)。該層使用 BACnet 和 Modbus 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

控制層（圖 2所示的樓宇自動(dòng)化模塊）專門處理硬件級(jí)別的樓宇設(shè)備控制，并使用 KNX 和 LonWorks 等分散式協(xié)議。在現(xiàn)場(chǎng)層，智能傳感器和執(zhí)行器收集數(shù)據(jù)并執(zhí)行任務(wù)。例如，該系統(tǒng)可以感應(yīng)照明水平并自動(dòng)調(diào)整以匹配一天中的時(shí)間或提供陰影以確保最佳地使用自然光而不會(huì)產(chǎn)生眩光。

圖 2. 智能樓宇系統(tǒng)

更小的尺寸和功率效率是關(guān)鍵

硬件和軟件的進(jìn)步使所有這些智能、網(wǎng)絡(luò)和控制成為可能。現(xiàn)場(chǎng)級(jí)是控制器、傳感器、I/O 和執(zhí)行器?？刂破骺梢允强?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1315/" target="_blank">編程邏輯控制器 （PLC）、電機(jī)/運(yùn)動(dòng)控制器或使用高級(jí)處理器和微控制器的分布式控制系統(tǒng) （DCS）。傳感器可以是數(shù)字的或模擬的，用于測(cè)量溫度、濕度、通風(fēng)和占用情況。執(zhí)行器可用于鎖、窗戶警報(bào)器、安全攝像頭定位、太陽能電池板、百葉窗和其他移動(dòng)機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)代建筑中，傳感器和執(zhí)行器可以通過有線或無線網(wǎng)關(guān)與控制中心通信。它們由電池或有線直流電壓供電，通常在 5V 至 24V+ 范圍內(nèi)。

控制器接收來自現(xiàn)場(chǎng)傳感器的輸入，對(duì)其進(jìn)行處理，并驅(qū)動(dòng)適當(dāng)?shù)膱?zhí)行器。今天的傳感器和執(zhí)行器配備了內(nèi)部處理器，可以在本地做出簡(jiǎn)單的決策，而無需升級(jí)到控制器，從而提高了吞吐量。

隨著智能建筑中智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及，現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)控制器、傳感器和執(zhí)行器都需要更多的處理器和連接接口。這反過來又對(duì)系統(tǒng)硬件提出了新的要求：減小組件尺寸以在同一機(jī)箱中安裝更多電子設(shè)備，提高能效以在相同或更低的熱預(yù)算內(nèi)執(zhí)行，并提高電氣/機(jī)械安全性和可靠性以減少停機(jī)時(shí)間。

推動(dòng)對(duì)更小 PCB 尺寸需求的小型化帶來了散熱挑戰(zhàn)。因此，電源解決方案必須非常高效，因?yàn)樗梢蕴峁└叩墓β?，同時(shí)占用更小的面積。傳感器和執(zhí)行器應(yīng)用通常以 24V 標(biāo)稱直流電壓總線為特征。但是，對(duì)于非關(guān)鍵設(shè)備，工業(yè)應(yīng)用的最大工作電壓預(yù)計(jì)為 36V 至 40V，而控制器、執(zhí)行器和安全模塊等關(guān)鍵設(shè)備必須支持 60V（IEC 60664-1 絕緣和 61508 SIL 標(biāo)準(zhǔn)） 。 流行的輸出電壓為 3.3V 和 5V，電流從小型傳感器中的 10mA 到運(yùn)動(dòng)控制、CNC 和 PLC 應(yīng)用中的數(shù)十安培不等。這使得降壓（降壓）穩(wěn)壓器成為樓宇和工業(yè)控制應(yīng)用的明顯選擇（圖 3）。

圖 3. 完全集成的同步降壓轉(zhuǎn)換器

隨著傳感器變得越來越普遍，另一個(gè)需要解決的重要問題是：如何安全地向微型傳感器提供低壓電源，同時(shí)最小化解決方案尺寸并最大化效率？用于檢測(cè)和診斷許多參數(shù)并做出決策的傳感器必須耐用且可靠，無論環(huán)境如何。傳感器“盒”由穩(wěn)壓器供電，穩(wěn)壓器向 ASIC/微控制器/FPGA、模擬前端 （AFE） 和傳感元件提供適當(dāng)?shù)碾妷骸?/p>

傳感器通常由 24V 直流電源供電。然而，在建筑物中安裝傳感器可能是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境，這需要長(zhǎng)電纜連接到電源，這會(huì)導(dǎo)致高壓瞬變。因此，傳感器內(nèi)部的降壓轉(zhuǎn)換器必須承受 42V 或 60V 的電壓瞬變，這遠(yuǎn)高于傳感器的工作電壓。如前所述，對(duì)于 24V 電源軌，最好使用最大工作電壓為 42V 的設(shè)備。

隔離和保護(hù)電路的重要性

根據(jù) SELV/FELV 規(guī)定，低于 60V 的輸入電壓被認(rèn)為本質(zhì)上是觸摸安全的，但出于功能安全和可靠性的原因，在此工作范圍內(nèi)隔離的需求仍然普遍存在。在此電壓范圍內(nèi)，電源電子負(fù)載（通常是非常精密且昂貴的微控制器）需要保護(hù)。如果無意中暴露在高壓下，該電子負(fù)載可能會(huì)自毀。隔離也有利于防止接地回路，這可能會(huì)引發(fā)降低設(shè)備可靠性的反應(yīng)。

保護(hù)電路是當(dāng)今電子產(chǎn)品的無名英雄。它們可以幫助防止可能損壞電子負(fù)載的壓力源，例如浪涌和反向電流、過壓和欠壓。

總之，樓宇自動(dòng)化技術(shù)正在打造更舒適、更節(jié)能的住宅和辦公室。但這些技術(shù)也帶來了能源效率、小型化和系統(tǒng)可靠性方面的挑戰(zhàn)。電源管理 IC 可以幫助應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

審核編輯：郭婷