기기 대기 전력 최소화

IoT를 사용하면 적절한 통신을 유지하고 그 결과, 대기 소비가 실질적인 문제로 바뀌고 있습니다.

스마트폰과 가전제품은 최근 몇 년 동안 진화한 애플리케이션 중 하나입니다. 중요한 과제 중 하나는 점점 더 많은 장치가 시장에 출시됨에 따라 에너지 소비를 최적화하는 것입니다. IoT를 사용하면 적절한 통신을 유지할 수 있으므로 연결이 점점 더 중요해지고 결과적으로 장치 대기 전력 소비가 실질적인 문제로 바뀌고 있습니다. Power Integrations는 이러한 문제 중 일부를 해결하기 위해 스마트 홈 애플리케이션 및 가전 제품에서 대기 소비를 줄이는 새로운 스위칭 전원 공급 장치 IC 제품군인 LinkSwitch-TNZ를 발표했습니다.

Power Electronics News와의 인터뷰에서 Power Integrations의 수석 제품 마케팅 관리자인 Adnaan Lokhandwala는 오늘날 많은 장치가 대기 모드에서 작동하며 다양한 규제 요구 사항을 충족하기 위해 오프라인 전력 변환, 무손실 제로 크로스 감지를 결합한 새로운 솔루션을 지적했습니다. 그리고 선택적으로 X-커패시터 방전 기능이 필요합니다.

“일반적인 스마트 홈 제품에는 라인에 지속적으로 연결된 스위치와 다양한 플러그가 있습니다. 그리고 물론 그들은 또한 끊임없이 스마트 폰과 통신합니다. 따라서 대기 전력 소비는 이러한 제품의 주요 과제 중 하나입니다. 연구에 따르면 많은 장치가 가정 에너지 사용량의 10%를 차지하며 하루 동안 아무 기능도 수행하지 않고 대기 모드에 있는 시간의 80~90%를 차지하면서 지속적으로 전원을 기다리고 있습니다. 예를 들어 연기 감지기는 규정에 따라 AC 라인에 연결해야 하지만 해당 연기 감지기의 듀티 사이클은 얕습니다. 스마트 기기는 또한 대기 소비를 포함한 에너지 소비 측면에서 특정 지역 규정을 충족해야 합니다. 예를 들어, 유럽에는 EC 1275가 있어 유럽에서 판매되는 가전 제품이 꺼져 있거나 대기 모드일 때 최대 소비 전력을 500밀리와트로 제한합니다.”라고 Lokhandwala는 말합니다.

그림 1:LinkSwitch-TNZ 제품군:제로 교차 감지 및 X-커패시터 방전을 추가한 전력 변환(출처:Power Integrations)

스위칭 솔루션

우리는 대기의 한계를 인식할 필요가 있으며 효율성을 높이기 위한 손실 감소는 모든 새로운 설계 프로세스의 만트라여야 합니다. 이러한 스마트 홈 및 가전 제품 애플리케이션에서 매우 일반적으로 사용되는 두 가지 핵심 기능은 개별 AC 제로 크로싱 회로와 x - 커패시터 방전. “AC-제로 크로싱은 LED 램프와 같은 부하로 가는 전력을 효율적으로 제어하기 위해 여러 애플리케이션에서 사용됩니다. 불행히도 오늘날 사용되는 접근 방식은 매우 손실이 많습니다. 이것은 매우 표준적인 이산 회로입니다. 다른 기능은 이러한 많은 기기에서 안전 요구 사항을 충족하는 것입니다. 그리고 오늘날 그 기능은 주로 커패시터에 저항을 사용하여 수행됩니다(블리드 저항). 이제 전체 부하에 대해 이야기할 때 이 두 기능은 손실 측면에서 그다지 중요하지 않을 수 있습니다. 그러나 대기에 대해 이야기할 때 이는 엔지니어가 이러한 제품을 설계할 때 보유하는 대기 전력 예산에 중요한 요소가 될 수 있습니다.”라고 Lokhandwala가 말했습니다.

LinkSwitch-TNZ는 무손실 제로 크로싱 신호와 x-커패시터 방전을 동일한 스위처로 결합하는 기능을 추가하는 것을 목표로 합니다. “구현은 매우 단순한 비절연 백 컨버터입니다. 이 접근 방식의 장점은 비절연 접근 방식으로 필요한 주 출력 전압을 도출할 수 있다는 것입니다. 오늘날 많은 응용 프로그램(스마트 홈에서도)은 사람의 직접적인 접촉이 없고 실제로 케이스에서 절연이 이루어지기 때문에 절연 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다. 따라서 스마트 월 스위치를 생각하면 전원 공급 장치를 분리할 필요가 없습니다. 물론 이렇게 하면 맞춤형 변압기 사용을 피할 수도 있습니다.”라고 Lokhandwala는 말합니다.

스위치, 조광기, 센서 및 플러그와 같은 장치는 릴레이 또는 TRIAC를 사용하여 주기적으로 AC 라인을 연결 및 분리합니다. “릴레이를 연결할 때의 문제 중 하나는 켜고 끌 때 정확한 동기화입니다. 이 모든 것의 전환은 매우 중요합니다. 그리고 물론 올바른 전력을 제공하는 릴레이 드라이버가 있어야 합니다.”라고 Lokhandwala는 말합니다.

스위칭 손실과 돌입 전류를 줄이기 위해 주 전원 장치의 전원 켜기 전환을 제어하기 위해 AC 라인의 제로 교차점을 감지하는 데 일반적으로 개별 회로가 사용됩니다. 이 접근 방식의 BOM은 확실히 비경제적입니다.

“계전기를 켜는 순간에 매우 높을 수 있는 큰 돌입 전류가 발생합니다. 전원을 끄는 과정에서도 마찬가지이며 두 경우 모두 릴레이 수명과 이 경우 제품 수명에 영향을 미칠 수 있습니다.”라고 Lokhandwala가 말했습니다.

Power Integrations는 제로 크로스 AC 누설 감지를 칩에 통합함으로써 LinkSwitch-TNZ IC가 뛰어난 경부하 효율성을 제공하여 유럽 위원회(EC) 표준과 같은 엄격한 대기 규정을 충족하면서 여러 시스템 기능에 전원을 공급할 수 있다고 주장합니다. 장비가 대기 또는 꺼짐 모드에서 0.5W 이하를 소비해야 하는 가전 제품(1275)용. 선택적으로 X-커패시터 방전 기능은 고전력 애플리케이션용 패키지에 포함될 수도 있습니다.

그림 2:제로 교차 감지는 VAC가 0V를 통과할 때 논리 신호를 제공합니다. 릴레이 또는 TRIAC를 통해 전원 공급 장치의 켜기를 동기화하는 데 사용되는 신호입니다. VAC =0에서 전환하면 돌입 전류가 크게 감소합니다(출처:Power Integrations)

그림 3:제로 교차 감지로 릴레이 전환 애플리케이션에서 돌입 전류를 크게 감소(출처:Power Integrations)

“일반적으로 x-커패시터는 더 높은 전력 설계에 사용됩니다. x-커패시터는 일반적으로 EMI 및 RFI를 위해 AC 라인을 가로질러 직접 연결되어 노이즈를 최소화하는 필터 커패시터입니다. 따라서 전력 레벨이 높을수록 x 커패시터가 커지고 블리더 저항의 영향이 훨씬 커집니다. 일반적으로 커패시터 방전 기능은 가전 제품과 더 관련이 있습니다.”라고 Lokhandwala는 말합니다.

그림 3의 블록 다이어그램은 현재 더 지능적인 장치로 대체되고 있는 가정의 기존 기계식 스위치를 보여줍니다. 입력과 출력에 연결된 와이어가 있습니다. 기본적으로 시스템에 연결된 중성선은 없습니다.

그림 4:중립이 아닌 스마트 스위치 지원(출처:Power Integrations)

그림 5:활성 X-커패시터 방전으로 가전제품의 대기 전력 감소(출처:Power Integrations)

“역사적으로 기계식 스위치에는 전자 장치가 없기 때문에 중성선이 필요하지 않기 때문에 문제가 되지 않았습니다. 그러나 이제 이러한 스마트 제품을 만들 때 내부에 기능을 넣는 것입니다. 즉, 이러한 전자 장치에 전원을 공급하려면 일정한 에너지원이 필요합니다. 따라서 일반적인 스마트 장치에는 지연이 적시에 켜지도록 하기 위해 일반적으로 사용되는 릴레이 드라이버, AC DC 전원 공급 장치 및 제로 크로싱 이산 회로가 있습니다. 그리고 당신은 무선 연결과 일부 센서를 가질 것입니다. Ioff는 부하가 꺼져 있을 때의 누설 전류입니다. 릴레이는 대기 중에 전도를 위해 다른 전류 경로를 사용하기 때문입니다. 이 전류가 매우 낮게 유지되도록 하려면 이 오프 전류가 낮게 유지되도록 시스템을 최적화해야 합니다. 전류가 높으면 예를 들어 LED 전구가 켜집니다. 이 전류가 와서 입력 커패시터를 충전할 수 있습니다. 그리고 결과적으로 기본적으로 램프를 켜고 끌 것인데, 이는 당신이 원하지 않는 것입니다. 이 효과를 LED '플리커링' 또는 고스팅이라고 합니다. 따라서 새 제품을 사용하면 중성선이 필요하지 않습니다. 그리고 이것은 북미, 유럽 및 아시아의 대부분의 가정이 실제로 중성선으로 배선된 적이 없기 때문에 가정 및 개조 응용 프로그램에서 매우 일반적입니다. 따라서 이제 두 개의 전선과 함께 또는 중성선 없이 작동할 수 있는 스마트 시스템을 설계해야 합니다. 그리고 우리가 한 것은 완전한 참조 설계를 만드는 것이었습니다. 이 경우 Nordic의 BLE 모듈을 기반으로 하는 지능형 조광기 스위치를 위한 참조 설계입니다.”라고 Lokhandwala는 말합니다.

LinkSwitch-TNZ 스위치 모드 전원 공급 장치 IC는 라인 및 부하에서 ±3% 레귤레이션을 허용하고 외부 바이어스에서 30mW 미만의 무부하 소비를 가지며 100μA 미만의 대기 전류를 갖습니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 Power에 게시되었습니다. 전자 뉴스.