사물 인터넷 기술
산업 제조
무선 통신, 인터넷 및 전자 회로의 발전은 지능형 장치의 개발을 가능하게 했습니다. 사물인터넷(IoT) 기술을 통해 비지능형 기기가 스마트 기기로 진화하고 있다. 전원 제어, 보안, 환경 제어 및 엔터테인먼트를 제공하는 스마트 장치가 가정에서 보편화되고 있습니다. 현재 스마트 버전이 있는 비지능형 전력 제어 장치의 예로는 조광기, 전원 콘센트, 접지 오류 회로 차단기(GFCI)/아크 오류 회로 차단기(AFCI)가 있습니다.
비지능형 장치는 수동으로만 제어하거나 항상 전원을 공급받을 수 있지만 스마트 장치에는 자동화된 제어 및 상태 피드백을 허용하는 전자 장치 및 펌웨어가 있습니다. IoT 도메인의 구성 요소인 스마트 기기는 개인용 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 또는 가상 비서의 제어에 응답합니다. 이러한 제품은 셀룰러, Wi-Fi 또는 블루투스와 같은 무선 통신 프로토콜을 사용하여 스마트 장치에 액세스합니다.
설계자의 과제는 이러한 새로운 스마트 장치가 안전하고 견고하여 소비자가 서비스 중단 위험 없이 높은 신뢰성을 가질 수 있도록 하는 것입니다. 따라서 장치는 낙뢰 서지, 유도 전력 서지, 정전기 방전(ESD) 및 전기적 빠른 과도 현상과 같은 광범위한 환경 위험에 노출된 경우에도 작동을 유지하기 위해 과전압 보호 및 과전류 보호가 필요합니다. 이 기사에서는 과부하로 인해 민감한 회로가 손상되는 것을 방지하고 장치 효율성을 극대화하는 보호 및 저전력 제어 구성 요소에 대한 권장 사항을 설계자에게 제공합니다.
조명 조광기와 전원 콘센트는 AC 전원 라인에 연결되며 AC 라인에서 발생할 수 있는 과전류 및 과도 과전압 조건에 영향을 받습니다. 낙뢰, 부하 서지로 인한 전력선 전압 변동, 모터 켜기 또는 끄기로 인한 유도 과도 현상, 정전기 방전(ESD)과 같은 과도 현상은 스마트 조광기 및 스마트 전원 콘센트를 제어하는 전자 회로를 손상시킬 수 있습니다.
그림 1은 전자 회로를 보호하고 조광기와 스마트 전원 콘센트를 효율적으로 제어하는 데 권장되는 보호 및 제어 구성 요소를 보여줍니다.
조광기는 가정에서 조명 기구의 조명을 제어하기 위한 일반적인 품목입니다. 스마트 조광기를 사용하면 조명 기구 또는 조명 세트를 원격으로 정밀하게 제어하거나 시간에 따라 제어할 수 있습니다. 그림 2는 전자 조광기 스위치의 블록 다이어그램과 권장되는 보호 및 제어 구성 요소가 사용되는 특정 회로 블록을 보여줍니다.
AC 입력 보호 회로 블록은 AC 주전원 라인과 직접 연결되며 과전류 및 과도 전압 보호가 모두 필요합니다. 설계자는 다운스트림 회로 블록을 손상시키는 과전류로부터 보호하기 위해 블록을 융합해야 합니다. 스위칭 전원 공급 장치와 같은 돌입 전류로 인한 성가신 종료를 방지하기 위해 크기가 느린 차단 퓨즈를 권장합니다. 퓨즈는 정격 AC 라인 전압을 초과하는 정격 전압을 가져야 합니다.
퓨즈의 중요한 매개변수는 차단 등급입니다. 선택한 퓨즈가 과부하 상태에서 녹거나 증발하지 않는지 확인하십시오. 전력선의 최대 전류 용량을 추정하고 잠재적으로 사용 가능한 전류 추정치를 초과하는 차단 등급의 퓨즈를 선택하십시오. 퓨즈는 100~100킬로암페어(kA)의 차단 정격을 가질 수 있습니다.
AC 라인의 과도 전류로부터 AC 입력 보호 회로를 보호하려면 MOV(금속 산화물 배리스터)를 사용하는 것이 좋습니다. MOV는 과도 전압을 견딜 수 있고 과도 전압으로 인한 전류 서지를 흡수할 수 있습니다. 10,000A 전류 펄스와 과도 상태에서 400J 에너지를 흡수하는 MOV를 고려하는 것이 좋습니다. 좋은 설계 방법은 과도 현상이 회로로 전파되는 것을 방지하기 위해 MOV를 PC 기판의 입력에 최대한 가깝게 배치하는 것입니다.
AC 입력 보호 회로의 2차측에서 과도 전압 억제 다이오드(TVS)를 사용하여 다운스트림 2차 회로를 보호합니다. 회로가 포지티브 및 네거티브 과도 상태에 모두 영향을 받을 수 있는 가능성에 따라 단방향 또는 양방향 다이오드를 선택할 수 있습니다. TVS 다이오드는 1ps 미만으로 매우 빠르게 과도 현상에 응답합니다. 1500W의 피크 펄스 전력을 흡수할 수 있고 낮은 클램핑 전압을 가지고 있어 저전압 전자 회로를 보호합니다.
스위치 회로는 전등에 대한 출력을 제어합니다. 전력 소비를 최소화하면 회로의 효율성이 극대화되고 조광기의 열 축적이 최소화됩니다. 유지 전류가 낮은 TRIAC(사이리스터) 사용을 권장합니다.
TRIAC는 10mA 미만의 유지 전류로 사용할 수 있습니다. 또한 100°C를 초과하는 접합 온도에서도 안전하게 작동할 수 있습니다. 효율성을 더욱 향상시키려면 TRIAC에 대한 전력을 제어하는 MOSFET을 고려하십시오. 0.5Ω 미만의 낮은 RDS(on) 저항과 빠른 스위칭 시간을 가진 전력 MOSFET을 선택하여 MOSFET이 온 상태일 때 장치 전환 및 전력 소비 중 전력 손실을 줄이십시오.
단일 칩 게이트 드라이버로 구동 MOSFET 관리를 단순화할 수 있습니다. 게이트 드라이버 칩은 하이 사이드, 로우 사이드 전력 MOSFET을 제어하고 스위칭 속도를 최대화하기 위해 2개의 드라이브 증폭기를 포함할 수 있습니다. MOSFET을 구동하기에 충분한 전류 용량을 가진 게이트 드라이브를 선택하십시오. 마지막으로 AC 입력 보호 회로에 권장되는 MOV와 유사한 양을 견딜 수 있는 MOV를 사용하여 스위치 회로로 전파된 라인 전압 서지로부터 이 회로를 보호합니다.
무선 통신 회로는 조광기의 원격 제어를 위해 무선 LAN(Wi-Fi) 프로토콜을 사용하여 PC, 태블릿 컴퓨터 또는 스마트폰과 통신합니다. 이 회로는 외부 환경과 인터페이스하며 주로 스마트 조광기 사용자에 의해 유도되는 ESD의 영향을 받습니다.
무선 통신 회로를 보호하기 위해 양방향 TVS 다이오드 어레이(그림 3 참조) 또는 폴리머 ESD 보호 장치를 사용하는 것이 좋습니다.
두 장치 모두 1pF 미만의 커패시턴스로 인해 회로 성능에 미치는 영향을 최소화하면서 I/O 포트를 보호할 수 있습니다. 또한 두 구성 요소 모두 제한된 PC 보드 공간을 절약하기 위해 표면 실장 패키지를 사용합니다. 또한 1μA 미만의 누설 전류를 끌어 회로의 전력 부하를 줄입니다. 가장 중요한 것은 두 장치 모두 IEC 61000-4-2 ESD 표준에 따라 ±12kV ESD 충격을 견딜 수 있다는 것입니다.
로컬 스위치를 사용하면 사용자가 조광기의 출력 전력을 수동으로 제어할 수 있습니다. 이 회로는 무선 통신 회로와 마찬가지로 외부 환경과 인터페이스하며 ESD 충격을 받을 가능성이 높습니다. 이 회로는 무선 통신 회로와 동일한 보호 부품이 필요합니다. 다시 말하지만, 다이오드 어레이 또는 폴리머 ESD 보호 장치를 선택하십시오.
그림 4는 스마트 콘센트의 회로 블록과 보호 및 효율적인 제어를 제공하는 권장 구성 요소를 보여줍니다. 스마트 디머 스위치와 마찬가지로 스마트 콘센트에는 AC 입력 블록, AC-DC 변환 공급 블록, 무선 통신 회로 및 수동 스위치 제어 회로가 있습니다.
AC 입력 및 보호 회로는 AC 주전원 라인에 연결되며 조광기 스위치의 AC 입력 보호 블록과 마찬가지로 전력선에서 유도 및 전파될 수 있는 큰 과전류 서지 및 높은 과전압 과도 현상에 노출됩니다. 따라서 스마트 콘센트 회로의 AC 입력에는 조광기 입력 회로에 권장되는 것과 동일한 특성을 가진 퓨즈, MOV 및 TVS 다이오드가 필요합니다.
스마트 콘센트의 공간 및 효율성 고려 사항은 스위칭 전원 공급 장치를 사용하여 제어 회로에 필요한 DC 전압을 생성하는 것을 제안합니다. 고주파 설계로 효율 극대화를 권장합니다. 회로에 쇼트키 정류기 다이오드를 사용하는 것을 고려하십시오. 이러한 장치는 일반적으로 0.5V 미만의 낮은 순방향 전압 강하를 가지며 높은 스위칭 주파수에서 작동할 수 있어 고효율로 작동하는 소형 공간 절약형 설계가 가능합니다.
스마트 디머 스위치와 마찬가지로 무선 통신 및 로컬 온/오프 스위치 회로는 외부 환경에 노출되어 ESD 충격을 받을 수 있습니다. TVS 다이오드 어레이 또는 폴리머 ESD 억제기로 이러한 회로를 ESD로부터 보호하십시오.
GFCI 콘센트는 습한 환경으로부터 개인을 보호하기 위해 1970년대부터 사용되어 왔습니다. 미국 전기 규정(National Electric Code)과 캐나다 전기 규정(Canadian Electrical Code)은 각각 2014년과 2015년부터 주거 시설과 주택의 신축에 AFCI를 요구했습니다. GFCI는 핫 라인에 전달된 부하 전류가 중성 라인에 반환되지 않을 때 감지합니다.
전류 불균형이 미리 결정된 트립 수준을 초과하는 경우 GFCI는 감전 위험을 방지하기 위해 콘센트에서 전원을 제거합니다. AFCI는 아크 상태를 감지하고 콘센트에서 전원을 제거하여 화재를 방지합니다. 그림 5는 GFCI, AFCI 및 USB 충전 포트가 있는 전원 콘센트에 권장되는 보호 및 제어 구성 요소를 보여줍니다.
그림 6은 GFCI 및 AFCI의 회로 블록을 보여줍니다. GFCI에는 전류 불균형 감지 회로가 있고 AFCI에는 아크 감지 회로가 있습니다. 스마트 조광기 및 스마트 콘센트와 마찬가지로 이 두 장치는 AC 주전원 라인에 연결되며 과전류 및 과도 전압 보호가 필요합니다.
이러한 각 장치에는 콘센트 전원을 차단할 수 있는 릴레이를 제어하는 회로가 필요합니다. 그것이 발사 회로입니다. SCR을 사용하여 전기 기계 릴레이를 제어하는 것이 좋습니다. SCR을 사용하면 효율적이고 컴팩트한 간단한 제어 회로를 설계할 수 있습니다. SCR은 100A의 상당한 전류 서지를 견딜 수 있고 600V 이상을 지원할 수 있는 견고한 구성 요소입니다. 릴레이 코일의 전력 소모가 낮으면 구성 요소의 표면 실장 버전을 사용할 수 있습니다.
USB 콘센트는 USB 케이블로 휴대용 장치에 전원을 공급하거나 재충전할 수 있는 편리함을 제공합니다. 콘센트에서 DC 충전 전류를 제공하므로 사용자는 USB 전원 어댑터 블록이 필요하지 않습니다. USB 콘센트에는 AC 주전원 라인과 인터페이스하는 다른 지능형 장치와 동일한 퓨즈 및 과도 전압 보호가 필요합니다. 그림 7은 USB 충전 포트가 있는 USB 전원 콘센트의 블록 다이어그램을 보여줍니다.
USB 콘센트의 스위치 회로는 콘센트에 대한 DC 출력을 제공합니다. 낮은 순방향 전압, 쇼트키 다이오드를 사용하고 고주파수 스위처 설계를 사용하여 이 회로의 효율성을 극대화할 수 있습니다. 또한 DC 전력 제어 회로의 효율성을 더욱 향상시키기 위해 전력 MOSFET 및 통합 게이트 드라이버를 사용하는 것을 고려하십시오.
이러한 스마트 콘센트는 각각 AC 전원 라인에 연결되므로 UL(Underwriters Laboratories) 및 IEC(International Electrotechnical Commission)에서 공표한 해당 국가 및 국제 안전 표준을 준수해야 합니다. 다양한 스마트 콘센트에 적용되는 표준은 그림 8과 표 1에 설명되어 있습니다.
표 1. 전원 콘센트에 적용되는 국내 및 국제 표준 및 규정 준수 목록
이러한 표준에 대한 요구 사항을 제품 정의에 포함하여 설계 프로젝트 중에 보호 구성요소를 비용 효율적으로 설계할 수 있도록 하는 것이 좋습니다. AC 전원 라인 경로에 있는 UL 승인 보호 구성 요소를 선택하십시오. 표준 요구 사항을 기반으로 하는 설계 및 테스트와 UL 인증 구성 요소 사용의 조합은 인증 시간을 단축하고 인증 실패를 방지합니다.
IoT 기술의 발전은 가정에 더 많은 보안, 환경 제어 및 편의성을 제공하는 스마트 콘센트와 같은 신제품에 통합되었습니다. 이러한 지능형 제품을 성공적으로 채택하려면 견고하고 안정적이며 안전해야 합니다. 설계자는 설계에 과전류 보호, 과전압 보호 및 저전력 소비 제어 구성 요소를 포함하여 견고하고 안전한 제품을 보장할 수 있습니다.
설계자는 또한 회로 구성, 안전 표준에 대한 지식 및 구성 요소 선택에 대한 권장 사항을 제공할 수 있는 Littelfuse와 같은 이러한 구성 요소 제조업체의 응용 프로그램 전문 지식을 활용하여 상당한 시간과 노력을 절약할 수 있습니다. 귀하의 노력은 신뢰성, 안전성 및 매출 성장에 대한 명성을 얻는 제품으로 이어질 것입니다.
Littelfuse 회로 보호 솔루션에 대한 자세한 내용은 다음 문서를 참조하십시오.
<울>또는 응용 프로그램 전문가로부터 설계 지원을 받으려면 Littelfuse에 문의하십시오.
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사물 인터넷 기술
목차 자동화 이전의 삶 생활을 단순하게 만드는 스마트 홈 편안한 공간의 의미를 바꾸는 IoT 몇 가지 새로운 혁신 결론 자동화 이전의 삶 기술을 우리 삶에 도입하는 주요 목표는 인간의 노력을 줄이고 작업의 효율성을 높이는 것이 었습니다. 자동화는 1946년 Ford Motor Company의 엔지니어가 제조를 위한 자동 장치 사용이라는 용어를 만들 때부터 우리 집이 기계로 채워지는 2020년까지 우리 삶의 일부가 되어 작업 노력을 줄이고 삶을 더 편안하게 만들었습니다. 세탁기, 진공 기계, 식기 세척기 등과 같은 기계는 거
전기 안전 팁 – 궁극적인 가이드 소개: 우리의 집, 작업 공간 및 공공 장소는 하루 24시간 동안 전기를 사용합니다. 조명, 난방 및 각종 전기제품의 작동에 사용됩니다. 사실 전기 없이는 일을 할 수 없습니다. 이점이 있으면 위험도 따릅니다. 전기는 역시 전류이므로 사전에 안전 조치를 취하지 않으면 우리에게 해를 끼칠 수 있습니다. 전류로 인한 부상: 전기는 도체를 통해 전류의 형태로 흐릅니다. 전기는 일반적으로 경로를 형성하거나 소스로 되돌아갑니다. 이것으로 전기 회로가 완성됩니다. 인체는 실제로 전기의 좋은 전도체이므로